ных параметров ЭСУ, отвечающих за ее работоспособность и регули-
рование. Для ракетных и реактивных двигателей, таких как жидкост-
ные ракетные двигатели (ЖРД), прямоточные воздушно-реактивные
двигатели (ПВРД), наиболее важными характеристиками являются да-
вление в камере сгорания
p
к
и коэффициент избытка окислителя
α
или
соотношение компонентов топлива
K
m
.
Регулирование тяги двигателя, соотношения компонентов, ввод в
камеру сгорания присадок, увеличивающих энергетические характе-
ристики двигателя, – все эти процессы, являющиеся неотъемлемой
частью эксплуатации двигателя, влияют непосредственно на физико-
химический состав ПС. Изменение концентраций заряженных частиц
можетдать полную информацию об электрофизических параметрах,
по которым, в свою очередь, можно судить о качестве внутрикамерных
рабочих процессов.
Цель настоящей работы — разработка математической модели и
проведение численных расчетов электрофизических характеристик
процессов, протекающих в газовых трактах ЭСУ.
Математическая модель основывается на рассмотрении ПС как
слабо ионизированной классической низкотемпературной трехкомпо-
нентной плазмы, включающей в себя ионы, электроны и нейтральные
атомы [2].
Напряженность электрического поля, создаваемого заряженными
частицами, определяется из уравнения Пуассона:
div
E
=
−
e
ε
0
(
n
e
−
n
i
)
,
(1)
где
e
— заряд электрона;
ε
0
— электрическая постоянная;
n
e
,
n
i
— кон-
центрации электронов и ионов, которые определяются из термодина-
мического расчета, выполненного с помощью универсальной програм-
мы “Астра”. Результаты расчетов равновесных концентраций преоб-
ладающих ионов для различных топлив приведены в табл. 1–3. Выбор
этих компонентов обусловлен их широким применением в современ-
ном ракетостроении. Носителями положительных зарядов в углеводо-
родных ПС являются ионы: CHO
+
, C
2
H
2
O
+
, C
3
H
+
3
, CH
+
3
, O
+
, CO
+
,
OH
+
, H
2
O
+
, H
3
O
+
, H
5
O
+
2
, H
3
O
+
3
, среди которых преобладают ионы
H
3
O
+
, а носителями отрицательных зарядов являются свободные элек-
троны.
Концентрации компонентов плазмы, описывающей состояние ПС
в камере сгорания, связывались условием ионизационного равновесия
— уравнением Саха–Ленгмюра:
n
e
n
i
n
a
= 2
Σ
+
Σ
m
e
k
Б
T
2
πh
2
3
2
exp
−
ε
k
Б
T
a
,
(2)
где
n
a
— концентрация нейтральных атомов;
m
e
— масса электрона;
ε
—
40 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2010. № 4
