Влияние взаимодействия продуктов сгорания с продуктами разложения резиноподобного теплозащитного материала в объеме камеры сгорания РДТТ на коэффициенты расхода и сопла

Авторы

Шайдуллин Р. А.^*, 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: ansabirzyanov@kai.ru

Аннотация

Рассматриваются результаты исследований влияния взаимодействия продуктов сгорания твердого топлива перхлорат аммония/полибутадиеновый каучук 84/16 с продуктами разложения резино-подобного теплозащитного материала на коэффициент расхода и коэффициент сопла в составе гипотетического ракетного двигателя на твердом топливе (РДТТ) с зарядом, горящем по торцевой поверхности. Исследование проводилось посредством газодинамического моделирования химически реагирующей среды продуктов сгорания твердого топлива в осесимметричном приближении. Определена тенденция изменения коэффициента расхода при вдуве газофазных и твердофазных продуктов разложения резино-подобного теплозащитного материала. Проведена оценка изменения коэффициента совершенства процессов в камере сгорания. Представлены профили и поля параметров потока в минимальном сечении, на срезе сопла и в продольном сечении РДТТ. Приведены результаты исследования и обсуждены изменения коэффициента сопла при вдуве продуктов разложения резино-подобного теплозащитного материала.

Ключевые слова:

твердое топливо, горение, кинетические механизмы, моделирование, резино-подобное теплозащитное покрытие, продукты разложения, коэффициент расхода, коэффициент сопла

Библиографический список

1. Страхов В.Л., Атаманов Ю.М., Кузьмин И.А., Бакулин В.Н. Математическое моделирование высокотемпературных теплофизических характеристик резиноподобных теплозащитных материалов // Теплофизика высоких температур. 2017. Т. 55. № 4. С. 528–536. DOI: 10.7868/S0040364417040226
2. Губертов А.М., Миронов В.В., Борисов Д.М. и др. Газодинамические и теплофизические процессы в ракетных двигателя твердого топлива / Под ред. А.С. Коротеева. – М.: Машиностроение, 2004. – 512 с.
3. Шишков А.А., Панин С.Д., Румянцев Б.В. Рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топлива: Справочник. – М.: Машиностроение, 1989. – 240 с.
4. Сабирзянов А.Н., Шайдуллин Р.А. Влияние некоторых факторов разложения теплозащитного материала на коэффициент расхода утопленного сопла // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2023. № 3. С. 85–92.
5. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей: Учеб. / Под ред. В.П. Глушко. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. – 462 с.
6. Соколов Б.И., Черенков А.С., Салоныков А.И. Термодинамические и теплофизические свойства твердых ракетных топлив и их продуктов сгорания / Под ред. В.Е. Алемасова. – М.: Министерство обороны СССР, 1977. – 318 с.
7. Суржиков С.Т., Краер Х. Вычислительные модели горения неметаллизированного гетерогенного ракетного топлива // Теплофизика высоких температур, 2003. Т. 41. № С. 106–142. DOI: 10.1023/A:1022336923486
8. Леонтьев А.И., Лущик В.Г., Макарова М.С. Коэффициент восстановления температуры в пограничном слое на проницаемой пластине // Теплофизика высоких температур. 2017. Т. 55. № 2. С. 255–261. DOI: 10.7868/S0040364417020089
9. Gross M.L. Two-dimensional modeling of AP/HTPB utilizing a vorticity formulation and one-dimensoinal modeling of AP and AND. PhD Theses and Dissertations, Department of Chemical Engineering, Brigham Young University, Provo, UT, 2007. - 244 p.
10. Трусов Б.Г. Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах: Учебное пособие. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1991. – 40 с.
11. Tanner M.W. Multidimensional Modeling of Solid Propellant Burning Rates and Aluminum Agglomeration and One-Dimensional Modeling of RDX/GAP and AP/HTPB. PhD Theses and Dissertations, Brigham Young University, 2008. - 244 p.
12. Smyth D.A. Modeling solid propellant ignition events. PhD Theses and Dissertations, Department of Chemical Engineering, Brigham Young University, Provo, UT, 2011. - 202 p.
13. Spalding D.B. Combustion and mass transfer a textbook with multiple-choice exercises for engineering students. - New York: Elsevier, 1979. - 418 p.
14. Warnatz J., Maas U., Dibble R.W. Combustion: Physical and chemical fundamentals, modeling and simulation, experiments, pollutant formation. - 4th edition. - New York: Springer, 2006. - 390 p. DOI: 10.1007/978-3-540-45363-5
15. Gardiner W.C. Jr. Combustion chemistry. - New York: Springer-Verlag, Softcover reprint of the original 1st ed. 1984 edition (2012). - 522 p.
16. Malcolm W.C. Jr. Nist-Janaf Thermochemical Tables. - 4th ed. - American Institute of Physics, 1998. - 1951 p.
17. Burcat A., Gardiner W.C. Jr. Ideal Gas Thermochemical Data for Combustion and Air Pollution Use // In: Gardiner W.C. (eds) Gas-Phase Combustion Chemistry. Springer, New York, NY. 2000, pp. 489-538. DOI: 10.1007/978-1-4612-1310-9_5
18. Burcat A., Ruscic B. Third millennium ideal gas and condensed phase thermochemical database for combustion with updates from active thermochemical tables. ANL-05/20. TAE 960. - Chicago: The University of Chicago, 2005. - 418 p. DOI: 10.2172/925269
19. Шайдуллин Р.А., Сабирзянов А.Н. Моделирование горения твердого топлива на основе перхлората аммония и полибутадиена в условиях гипотетического двигателя // Тепловые процессы в технике. 2023. Т. 15. № 6. С. 276–287. DOI: 10.34759/tpt-2023-15-6-276-287
20. Menter F.R. Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulent Models for Engineering Applications // AIAA Journal. 1994. Vol. 32. No. 8, pp. 1598–1605. DOI: 10.2514/3.12149
21. Gran I.R., Magnussen B.F. A numerical study of a bluff-body stabilized diffusion flame. Part 2. Influence of combustion modeling and finite-rate chemistry // Combustion Science and Technology. 1996. Vol. 119, pp. 191–217. DOI: 10.1080/00102209608951999
22. ANSYS Fluent Theory Guide. ANSYS, Inc. Southpointe, 2021. - 1026 p.
23. Naber J.D., Reitz R.D. Modeling Engine Spray/Wall Impengement. SAE Technical Paper 880107, 1988. - 26 p. DOI: 10.4271/880107
24. Бирюков В.И., Кочетков Ю.М., Зенин Е.С. Определение потерь удельного импульса тяги из-за химической неравновесности в энергоустановках летательных аппаратов // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 2. С. 42–49.