Численное моделирование газодинамической составляющей коэффициента расхода кольцевых сопел с прямым критическим сечением

Авторы

Сабирзянов А. Н.^*, Ахметзянов А. С.^**, Коновалов Р. Д.^***

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

*e-mail: ansabirzyanov@kai.ru
**e-mail: Artur_Hunter@mail.ru
***e-mail: konrus2019@yandex.ru

Аннотация

Рассмотрено влияние формы центрального тела на газодинамическую составляющую коэффициента расхода кольцевого сопла с прямым критическим сечением. Представлены результаты численного моделирования влияния формы центрального тела и геометрических параметров входного участка на коэффициент расхода сопла в адиабатной постановке квазистационарного осесимметричного приближения, проведенного средствами программного продукта Ansys Fluent. Использовался подход, основанный на решении осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса c применением модели турбулентности k–ω SST. В качестве рабочего тела рассматривался гомогенный газ. Результаты моделирования показали, что значение коэффициента расхода кольцевых сопел сопоставимо со значением коэффициента расхода в двигателе с традиционным центральным соплом, а при хорошо обтекаемом профиле входного участка центрального тела может превышать его.

Ключевые слова:

кольцевое сопло, газодинамические потери, коэффициент расхода, вычислительная газодинамика, распределение параметров потока по соплу

Библиографический список

1. Губертов А.М., Миронов В.В., Борисов Д.М. и др. Газодинамические и теплофизические процессы в ракетных двигателях твердого топлива. – М.: Машиностроение, 2004. – 512 с.

2. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: Учебник для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 488 с.

3. Виницкий А.М., Волков В.Т., Волковицкий И.Г., Холодилов С.В. Конструкция и отработка РДТТ. – М.: Машиностроение, 1980. – 230 с.

4. Крайко А.Н., Тилляева Н.И. Профилирование сопел с центральным телом и определение оптимального направления их первичных потоков // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2007. № 2. С. 194−203.

5. Горохов В.Д. Исследование возможности создания камеры ЖРД с кольцевым критическим сечением, расположенным в сверхзвуковом сопле // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5. № 1. С. 114–119.

6. Марков В.В., Громов В.Г., Aфонинa Н.Е. и др. Тяговые характеристики кольцевых и плоских щелевых сопел с внутренней полостью // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2011. № 4(3). С. 971–973.

7. Карташева М.А. Моделирование динамики совершенного газа в кольцевых соплах летательных аппаратов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2012. № 33(292). С. 40–46.

8. Ваулин С.Д., Карташева М.А. Методы моделирования течений совершенного газа в кольцевых соплах // Вестник ОГУ. 2014. № 9(170). С. 91–95.

9. Косовягин К.В., Скоморохов Г.И. Моделирование газодинамического тракта тарельчатого сопла жидкостного ракетного двигателя с обратным потоком в кольцевой камере сгорания // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15. № 1. С. 100–106. DOI: 10.25987/VSTU.2019.15.1.015

10. Ваулин С.Д., Хажиахметов К.И. Жидкостные ракетные двигатели с центральным телом: состояние и перспективы // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2021. № 10(739). С. 74–83. DOI: 10.18698/0536-1044-2021-10-74-83

11. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Газовые течения с массо-подводом в каналах и трактах энергоустановок. – М.: Физматлит, 2011. – 464 с.

12. Карташев А.Л. Карташева М.А. Математическое моделирование течений многокомпонентных сред в кольцевых соплах // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2013. Т. 13. № 2. С. 37–46.

13. Левин В.А., Афонина Н.Е., Громов В.Г. и др. Исследование кольцевого сопла на продуктах сгорания углеводородных топлив // Теплофизика и аэромеханика. 2013. Т. 20. № 3. С. 269–276.

14. Сабирзянов А.Н., Глазунов А.И., Кириллова А.Н., Титов К.С. Моделирование коэффициента расхода сопла ракетного двигателя // Известия высших учебных заведений. Ави ационная 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. С. 43–50. DOI: 10.38013/2542-0542-2018-1-43-50

16. 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

17. Кириллова А.Н., Сабирзянов А.Н. Влияние вдува продуктов разложения теплозащитного покрытия на коэффициент расхода утопленного сопла // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2021. № 2. С. 129–135.

18. Шишков А.А., Панин С.Д., Румянцев Б.В. Рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топлива: Справочник. – М.: Машиностроение, 1988. – 240 с.

19. Пирумов У.Г., Росляков Г.С. Газовая динамика сопел. – М.: Наука. Физматлит, 1990. – 368 с.

20. Милехин Ю.М., Ключников А.Н., Бурский Г.В., Лавров Г.С. Энергетика ракетных двигателей на твердом топливе. – М.: Наука, 2013. – 207 с.