УДК 612.455 (075.8)
Д. С. Ш а б а н о в, В. А. Г о с т е в,
В. И. Ч е р е п о в
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО
ТЕЧЕНИЯ В СВЕРХЗВУКОВОМ СОПЛОВОМ
БЛОКЕ С РЕГУЛИРУЕМЫМ КРИТИЧЕСКИМ
СЕЧЕНИЕМ
Предложена методика расчета внутрибаллистических характери-
стик сверхзвукового сопла с несимметричным входом. В основу ме-
тода положен численный метод Годунова–Колгана с использовани-
ем модели разделяющей поверхности тока. Приведен сравнитель-
ный анализ экспериментальных и расчетных данных.
Современные ракетные двигательные установки космических ле-
тательных аппаратов должны обладать возможностью глубокого регу-
лирования тяги как по величине, так и по направлению. Возрастающая
необходимость создания таких двигательных установок требует разра-
ботки расчетных методик и программ, описывающих характеристики
как двигательной установки в целом, так и отдельных ее узлов. Од-
ним из приоритетных способов регулирования тяги является измене-
ние площади минимального (критического) сечения соплового блока
путем перемещения регулирующего элемента (конуса, сферы, заслон-
ки и т.п.). Форма и направление движения регулирующего элемента
создают симметричное или несимметричное относительно оси соп-
ла проходное сечение, которое формирует за собой соответствующее
течение в сверхзвуковой части сопла. Разработка методики расчета па-
раметров течения и расходно-тяговых характеристик соплового блока
затруднена из-за весьма сложной структуры сверхзвукового течения
и возможного присутствия в таком течении донных областей и про-
странственных скачков уплотнения. Учитывая указанные сложности,
недостаточную проработку моделей турбулентности и пространствен-
ных скачков уплотнения, неясную формулировку начальных и гранич-
ных условий для параметров турбулентности, а также потребность ис-
пользования больших вычислительных мощностей, можно заключить,
что инженерно-прикладное моделирование пространственных сверх-
звуковых течений — чрезвычайно сложная, трудоемкая и дорогостоя-
щая задача. Современные ЭВМ (суперкомпьютеры и мощные рабочие
станции) дают возможность моделировать многомерные задачи ме-
ханики жидкости и газа на основе численного решения уравнений
Навье–Стокса и, тем самым, заменяют сложные физические экспери-
менты при меньших затратах материальных средств и времени. Одним
из эффективных подходов к моделированию пространственных сверх-
звуковых течений с отрывными областями и скачками уплотнения на
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2006. № 2 45
