Расчет высотных струй ракетных двигателей с учетом колебательной релаксации

Авторы

Молчанов А. М.^1*, Быков Л. В.^1**, Донских В. В.^2***

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
2. Центр высокопроизводительных вычислений,

*e-mail: alexmol_2000@mail.ru
**e-mail: bykovlv@mai.ru
***e-mail: vic@mai.ru

Аннотация

Работа посвящена исследованию энергетического обмена и релаксационных процессов, происходящих в струе газа истекающего из модельного ракетного двигателя (РД). Показано, что на больших высотах полета температуры различных колебательных энергетических мод существенно отличаются друг от друга, а также от поступательно-вращательной температуры. Поля колебательных температур существенно зависят от спонтанной излучательной дезактивации. В работе приведены результаты расчетов, полученные при использовании различных данных по кинетике.

Ключевые слова:

высотные струи ракетных двигателей, поступательная, вращательная и колебательная энергия молекул, колебательная релаксация, неравновесные процессы

Библиографический список

1. Осипов А.И., Уваров А.В. Кинетические и газодинамические процессы в неравновесной молекулярной физике // Успехи физических наук. 1992. Т. 162. № 11. С.1-42.

2. Scalabrin L.C. Numerical Simulation of Weakly Ionized Hypersonic Flow over Reentry Capsules //A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy (Aerospace Engineering) in The University of Michigan. 2007.

3. Candler G.V., MacCormack R.W. Computation of Weakly Ionized Hypersonic Flows in Thermochemical Nonequilibrium / J.Thermophysics. 1991. Vol.5. No.3. P.266-272.

4. Gnoffo P.A., Gupta R.N. and Shinn J.L. Conservation equations and physical models for hypersonic air flows in thermal and chemical nonequilibrium. // NASA-TP-2867, NASA Langley, Hampton, Virginia, 1989.

5. Vitkin E.A., Karelin V.G., Kirillov A.A., Suprun A.S., Khadyka Ju.V. A physico-mathematical model of rocket exhaust plumes // Int. J. Heat Mass Transfer. 1997. Vol. 40. No. 5. P.1227-1241.

6. Ashratov E.A., Dubinskaya N.V. Investigation of nozzle flows with vibrational relaxation // Computational Methods and Programming. 1977. Moscow. P.96-115.

7. Penny, H.C. and Henry Aroeste. Vibrational Relaxation Times of Diatomic Molecules and Rocket Performance // The Journal of Chemical Physics. 1955. Vol. 23. No.7. P.1281-1283.

8. Stollery J.L., Smith J.E. A note on the variation of vibrational temperature along a nozzle // Journal of Fluid Mechanics, 1962. Vol. 13. P.225-236.

9. Blauer J.A., Nickerson G.R. A Survey of Vibrational Relaxation Rate Data for Processes Important to CO2-N2-H2O Infrared Plume Radiation // Ultrasystems, Incorporated, Technical rept. Report Number 0455177. 1973.

10. Лосев С.А. Газодинамические лазеры. — М.: Наука, 1977.

11. Ландау Л.Д., Теллер Е. // Собрание трудов. — М.: Наука. 1969, Т.1, C.181.

12. Завелевич Ф.С., Ушаков Н.Н. Разработка методов и программ расчета параметров высотных струй при наличии спутного потока с учетом колебательной релаксации // НИИТП им. КЕЛДЫША. Научно-технический отчет. Инв.№ 1962. Договор № 200-И/009-94 от 31.03.94. 1994. 50с.

13. Ребров А.K. Неравновесные процессы в свободных струях // Современные проблемы теории теплообмена и физической гидрогазодинамики. — Новосибирск. 1984. С.126-144.

14. Millikan R.C., White D.R. Systematics of vibrational relaxation. // J. of Chem. Phys. 1963. V.39. P.3209-3213.

15. Ачасов О.В., Рагозин Д.С. Константы колебательного энергообмена в лазерно-активных средах СО₂-ГДЛ с добавками 0₂, Н₂0, СО. //Препринт № 16, ИТМО, Минск, Белоруссия, 1986.

16. Булгакова Н.М. Физико-химическое взаимодействие молекулярных газов с газом верхней атмосферы // Диссертация на соискание ученой степени к.ф.-м.н., Новосибирск, Институт теплофизики СО РАН, 1985.