Расчетное исследование особенностей рабочего процесса в камере сгорания кислородно-метанового жидкостного ракетного двигателя, работающего по схеме с дожиганием восстановительного генераторного газа

Аннотация

Проведены расчетные исследования детальной структуры и интегральной эффективности рабочего процесса в камере сгорания кислородно-метанового жидкостного ракетного двигателя, работающего на номинальном, форсированном и дросселированном режимах. При этом использованы разработанные в АО ГНЦ "Центр Келдыша" физико-математические модели, численные методы и комплексы компьютерных программ численного моделирования двухфазных турбулентных течений с горениемв камерах сгорания жидкостных ракетных двигателей. Приведены результаты численного моделирования и исследования особенностей процессов течения компонентов топлива, их смешения и горения в камере сгорания кислородно-метанового жидкостного ракетного двигателя замкнутой восстановительной схемы на номинальном, форсированном и дросселированном режимах работы. Выполнен сравнительный анализ параметров рабочего процесса в камерах сгорания при различных расходах компонентов топлива и уровнях давлений. Показано, что на режиме форсирования взаимодействие топливных струй усиливается, что ведет к интенсификации процессов смешения и выгорания, а на режиме глубокого дросселирования полнота смешения и выгорания топлива снижается по сравнению с номинальным режимом. Результаты численного моделирования могут быть использованы при проведении исследований процессов горения топлива в камерах сгорания перспективных жидкостных ракетных двигателей на этапах разработки, конструирования и доводки

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Сидлеров Д.А., Федоров С.А. Расчетное исследование особенностей рабочего процесса в камере сгорания кислородно-метанового жидкостного ракетного двигателя, работающего по схеме с дожиганием восстановительного генераторного газа. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2022, № 2 (141), c. 43--53. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2022-2-43-53

Литература

[1] Kalmykov G.P., Larionov A.A., Sidlerov D.A., et al. Numerical simulation and investigation of working process features in high-duty combustion chambers. J. Engin. Thermophys., 2008, vol. 17, no. 3, pp. 196--217. DOI: https://doi.org/10.1134/S1810232808030053

[2] Kalmykov G.P., Larionov A.A., Sidlerov D.A., et al. Numerical simulation of operational processes in the combustion chamber and gas generator of oxygen-methane liquid rocket engine. Progress in Propulsion Physics, 2009, vol. 1, pp. 185--204. DOI: https://doi.org/10.1051/eucass/200901185

[3] Коротеев А.С., Самойлов Л.П. Выбор пути развития маршевых жидкостных ракетных двигателей для перспективных российских средств выведения. Космонавтика и ракетостроение, 1999, № 15, с. 111--119.

[4] Клепиков И.А. Использование охлаждающих свойств метана для увеличения энергетики жидкостных ракетных двигателей с дожиганием восстановительного газа. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2005, № 1 (58), с. 15--23.

[5] Mykhalchyshyn R.V., Brezgin M.S., Lomskyi D.A. Methane, kerosene and hydrogen comparative as a rocket fuel for launch vehicle pneumohydraulic supply system development. Space Sc. & Technol., 2018, vol. 24, no. 2, pp. 12--17. DOI: https://doi.org/10.15407/knit2018.02.012

[6] Калугин К.С., Сухов А.В. Особенности использования метана в качестве горючего для жидкостных ракетных двигателей. Вестник МАИ, 2018, т. 25, № 4, с. 120--132.

[7] Lux J., Haidn O. Effect of recess in high-pressure liquid oxygen/methane coaxial injection and combustion. J. Propuls. Power, 2009, vol. 25, no. 1, pp. 24--32. DOI: https://doi.org/10.2514/1.37308

[8] Аджян А.П., Лёвочкин П.С. Особенности разработки восстановительного газогенератора для метанового многорежимного двигателя. Труды НПО "Энергомаш" имени академика В.П. Глушко, 2012, № 29, с. 211--223.

[9] Брегвадзе Д.Т., Габидулин О.В., Гуркин А.А. и др. Применение топлива "кислород+метан" в жидкостных ракетных двигателях. Политехнический молодежный журнал, 2017, № 12 (17). DOI: http://dx.doi.org/10.18698/2541-8009-2017-12-205

[10] Мирошкин В.В. Кислородно-метановый ЖРД с дополнительной турбиной. Труды НПО "Энергомаш" имени академика В.П. Глушко, 2005, № 23, с. 256--270.

[11] Воронков А.Ф., Гребенюк Д.А., Иванов В.А. и др. Двигатель РД196 для системного демонстратора многоразовой ступени МРКС-1 на топливе кислород и метан. Труды НПО "Энергомаш" имени академика В.П. Глушко, 2013, № 30, с. 243--259.

[12] Muller H., Pitzner M. Large-eddy simulation of transcritical liquid oxygen/methane jet flames. Progress in Propulsion Physics, 2019, vol. 11, pp. 177--194. DOI: https://doi.org/10.1051/eucass/201911177

[13] Ruiz A. Unsteady numerical simulations of transcritical turbulent combustion in liquid rocket engines. Toulouse, Institut National Polytechnique, 2012.

[14] Yue C.G., Chang X.L., Yang S.J., et al. Numerical simulation of interior flow field of a variable thrust rocket engine. Adv. Mat. Res., 2011, vol. 186, pp. 215--219. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.186.215

[15] Wang Z. Internal combustion processes of liquid rocket engines. Singapore, Wiley, 2016.

[16] Дитякин Ю.Ф., Клячко Л.А., Новиков Б.В. и др. Распыливание жидкостей. М., Машиностроение, 1977.