Влияние закрутки потока на входе в сопло ракетного двигателя на коэффициент расхода

DOI: 10.34759/vst-2021-2-142-151

Авторы

Шайдуллин Р. А.^*, Бекеров А. Р.^**, Сабирзянов А. Н.^***

Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, ул. Карла Маркса, 10, Казань, 420111, Россия

*e-mail: samsankimanki@bk.ru
**e-mail: bekerovdok@gmail.ru
***e-mail: ansabirzyanov@kai.ru

Аннотация

Современными методами вычислительной гидродинамики проведены исследования влияния интенсивности закрученного потока на входе в сопло на коэффициент расхода в зависимости от геометрических параметров входного участка. Рассмотрены не утопленные в камеру сгорания сопла ракетного двигателя с разным исполнением днищ. Влияние закрученного потока исследовалось в диапазоне числа закрутки Хигера—Бэра от 0 до 0,4. Показано влияние контура входной части сопла, и определены границы снижения коэффициента расхода. Выявлен геометрический параметр входного участка сопел, определяющий влияние интенсивности закрутки потока на коэффициент расхода. Представлены характерные изменения профиля скорости в зависимости от интенсивности закрутки и контура входного участка сопла. Проведены параметрические исследования влияния закрутки потока при постоянном значении расходного комплекса. Представлены зависимости влияния неравномерного распределения закрутки потока на коэффициент расхода.

Ключевые слова:

ракетный двигатель, интенсивность закрученного потока, диффузор, газодинамическая составляющая коэффициента расхода

Библиографический список

1. Абугов Д.И., Бобылев В.М. Теория и расчет ракетных двигателей твердого топлива: Учебник для машиностроительных вузов. —М.: Машиностроение, 1987. — 272 с.

2. Фахрутдинов И.Х., Котельников А.В. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива: Учебник для машиностроительных вузов. — М.: Машиностроение, 1987. — 328 с.

3. Присняков В.Ф. Динамика ракетных двигателей твердого топлива: Учебное пособие для вузов. — М.: Машиностроение, 1984. — 248 с.

4. Шайдуллин Р.А., Сабирзянов А.Н. Заряд ракетного двигателя с закрученным каналом для подавления неустойчивости // XXIV Туполевские чтения (школа молодых ученых): Сборник докладов Международной молодёжной научной конференции (07–08 ноября 2019; Казань). Казань: Изд-во ИП Сагиева А.Р., 2019. Т. 2. С. 366–370.

5. Губертов A.M., Миронов В.В., Борисов Д.М. и др. Газодинамические и теплофизические процессы в ракетных двигателях твердого топлива / Под ред. А.С. Коротеева. — М.: Машиностроение, 2004. — 512 с.

6. Черный Г.Г. Закрученные течения сжимаемого газа в каналах // Известия АН СССР ОТН. 1956. № 6. С. 55-62.

7. Гостинцев Ю.А. Расходные характеристики сопла при истечении винтового потока газа // Известия АН СССР МЖГ. 1969. № 4. С. 158–162.

8. Скачков С.В., Шпаковский Д.Д. Численное моделирование течения газа в реактивном сопле // Вестник Концерна ВКО «Алмаз — Антей». 2016. № 3. С. 41–46.

9. Рыжков В.В., Морозов И.И. Математическое моделирование и параметрическое исследование течения закрученного турбулентного однокомпонентного потока рабочего тела в транс- и сверхзвуковой областях сопел Лаваля // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва. 2009. № 3-2(19). С. 382–391.

10. Фафурин В.А. Моделирование вращающихся и рециркуляционных потоков на основе гибридной двухпараметрической k-e модели // Инженерно-физический журнал. 2002. Т. 75. № 1. С. 76–81.

11. Леонтьев А.И., Кузма-Кичта Ю.А., Попов И.А. Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках (обзор) // Теплоэнергетика. 2017. № 2. С. 36–54. DOI: 10.1134/S0040363617020060

12. Пахомов М.А., Терехов В.И. Численное моделирование турбулентного закрученного газодисперсного потока за внезапным расширением трубы // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т. 22. № 5. С. 621–632.

13. Сабирзянов А.Н., Кириллова А.Н., Хаматнурова Ч.Б. Влияние геометрических параметров входного участка утопленного сопла на коэффициент расхода // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 2. С. 140-148. DOI: 10.34759/vst-2020-2-140-148

14. Сабирзянов А.Н., Глазунов А.И., Кириллова А.Н., Титов К.С. Моделирование коэффициента расхода сопла ракетного двигателя // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2018. № 2. С. 105–111.

15. Сабирзянов А.Н., Кириллова А.Н. Многофакторность влияния степени утопленности сопла на коэффициент расхода // Вестник Концерна ВКО «Алмаз — Антей». 2018. № 1(24). С. 43–50.

16. Gupta A.K., Lilley D.G., Syred N. Swirl flows. — Abacus Press, Tunbridge Wells, England, 1984. — 475 p.

17. Алексеенко С.В., Куйбин П.А., Окулов В.Л. Введение в теорию концентрированных вихрей. — Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН, 2003. 504 с.

18. Back L.H., Cuffel P.F. Flow coefficients for supersonic nozzles with comparatively small radius of curvature throats // Journal of Spacecraft and Rockets. 1971.Vol. 8. No. 2, pp. 196–197. DOI: 10.2514/3.30247

19. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика: Учебник для втузов. — М.: Наука, 1976. — 888 с.

20. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. / Под ред. Д.А. Ягодникова. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. — 488 с.