Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Численные исследования нестационарных процессов при запуске ракетного двигателя

Авторы

В.П. Зюзликов, Б.Е. Синильщиков, В.Б. Синильщиков, М.В. Ракитская

Организация

Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова
г. Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация

Рассматриваются нестационарные процессы в сопле и развитие нестационарной струи при запуске ракетного двигателя; определяются нестационарные газодинамические нагрузки, действующие на донную часть ракеты космического назначения при старте. Численно решаются нестационарные уравнения Навье–Стокса с использованием алгебраических моделей турбулентности. Учитываются отрывные течения в сопле, которые, как показали авторы, оказывают существенное влияние на величины нагрузок. Проведено исследование двух вариантов выхода двигателя на режим: с малым временем выхода и с временем выхода, характерным для современных двигателей, используемых на ракетах космического назначения. Приводятся результаты расчетов: поля температур газа, статического давления, чисел Маха, а также графики давления на днище ракеты. Показано, что для обоих вариантов запуска из-за перехода от истечения воздуха из сопла к истечению продуктов сгорания и отрывных течений в сопле массовый расход через плоскость среза сопла вначале достигает максимума, а потом резко падает. Это приводит к формированию волн разрежения, существенно влияющих на величины нагрузок. Через некоторое время начинается фаза пульсационного воз- действия. Показано, что начало фазы определяется приближением точки пересечения последней (пограничной) характеристикой течения Прандтля–Майера с диском Маха к оси струи. Это сопровождается перестроением волновой структуры, в результате чего диск Маха перестраивается в криволинейный выпуклый скачок. Расчетные частоты колебаний, как и частоты, измеренные в натурных условиях, оказываются несколько ниже частоты пауэлловских колебаний, определенных по длине первой бочки струи.

Ключевые слова

ракетный двигатель, сопло, пусковые волны, отрыв, давление, разрежение

Список литературы

[1] Газодинамика стартовых комплексов / Г. П. Бирюков, А. Б. Бут, В. А. Хотулев, А. С. Фадеев. М. : Рестарт, 2012. 364 с.

[2] Hunter C. A. Experimental, theoretical, and computational investigation of separated nozzle flows // AIAA Pap. 98-3107, 1998.

[3] Глушко Г. С., Иванов И. Э., Крюков И. А. Численное моделирование отрывных течений в соплах // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2010. № 1. С. 172–179.

[4] Нестационарные струйные течения при запуске РД / В. П. Зюзликов, Б. Е. Синильщиков, В. Б. Синильщиков, О. В. Андреев // Сб. трудов НТК «Четвертые Уткинские чтения». СПб. : БГТУ, 2009.

[5] Волков К. Н., Емельянов В. Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. М. : Физматлит, 2008. 368 с.

[6] Федорова Н. Н., Федорченко И. А. Расчет взаимодействия падающего косого скачка уплотнения с турбулентным пограничным слоем на пластине // Прикладная механика и техническая физика. 2004. Т. 45, № 3. С. 61–71.

[7] Липатов И. И., Тугазаков Р. Я. Механизм образования пульсаций давления при падении ударной волны на пограничный слой // Ученые записки ЦАГИ. Т. XLIV. 2013. № 1. С. 62–75.

[8] Синильщиков Б. Е., Синильщиков В. Б. Исследование термосилового нагружения газоотражателей стартовых комплексов ракет космического назначения при работе систем водоподачи // Исследования наукограда. 2017. Т. 1, № 2. С. 61–71.

[9] Карпов А. В., Васильев Е. И. Численное моделирование истечения перерасширенного газа из короткого осесимметричного сопла // Вестник ВолГУ. 2005. Серия 1. Вып. 9. С. 81–87.

[10] Антонов А. Н., Купцов В. М., Комаров В. В. Пульсации давления при струйных течениях. М. : Машиностроение, 1990. 271 с.

Цитирование данной статьи

Зюзликов В.П., Синильщиков Б.Е., Синильщиков В.Б., Ракитская М.В. Численные исследования нестационарных процессов при запуске ракетного двигателя // Исследования наукограда. 2017. Т. 1. № 3. С. 103-114. doi: 10.26732/2225-9449-2017-3-103-114

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.