Параметрический расчет предельных характеристик электризации элементов конструкции проточного тракта РДТТ

Аннотация

Выполнено параметрическое исследование влияния состава модельной энергетической конденсированной системы, температуры продуктов сгорания и давления в камере сгорания (4...10 МПа) на плавающий потенциал на внутренней идеальной стенке тракта РДТТ и изменение потенциала в двойном электрическом слое. Рассмотрены безметалловая модельная энергетическая конденсированная система, а также системы на основе перхлората аммония и инертного горючего-связующего вещества с добавлением порошкообразных алюминия и бора. Использована математическая модель плавающего потенциала на поверхности заряженной стенки в предположении распределения электронов в пристеночной области и бесстолкновительной плазмы по Максвеллу. Установлена слабая зависимость давления в камере сгорания от плавающего потенциала на стенке, однако вследствие уменьшения статического давления по тракту РДТТ модуль плавающего потенциала уменьшается. Выявлено, что абсолютное значение плавающего потенциала на идеальной внутренней стенке тракта РДТТ увеличивается с повышением температуры продуктов сгорания системы, оказывающей наибольшее влияние по сравнению с другими рассматриваемыми параметрами. Использование более энергоемкой энергетической конденсированной системы приводит к увеличению протяженности двойного электрического слоя, в котором нарушается квазинейтральность слабоионизованных продуктов сгорания за счет возрастания их температуры

Работа выполнена при поддержке госпрограммы фундаментальных исследований Минобрнауки России (№ 0705-2020-0044)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Федотова К.В., Ягодников Д.А. Параметрический расчет предельных характеристик электризации элементов конструкции проточного тракта РДТТ. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2024, № 1 (148), c. 21--35. EDN: CTTXTX

Литература

[1] Калинчев В.А., Ягодников Д.А. Технология производства ракетных двигателей твердого топлива. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011.

[2] Черепнин С.Н., Дашевский В.Н. Влияние внешнего электрического поля на параметры горения и электризацию сопла энергетической установки. Физика горения и взрыва, 1990, т. 26, № 6, с. 74--78.

[3] Ягодников Д.А., Воронецкий А.В., Пушкин Н.М. Исследование электризации сопла жидкостного ракетного двигателя. Физика горения и взрыва, 1995, т. 31, № 4, с. 54--58.

[4] Пинчук В.А. Двигательная электризация как явление, отображающее развитие зарядовой неустойчивости в среде продуктов сгорания при истечении. ЖТФ, 1997, т. 67, № 8, с. 21--26.

[5] Котельников В.А., Котельников М.В., Филиппов Г.С. Электрофизические параметры потоков плазмы, истекающих из жидкостных ракетных двигателей. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2018, № 6, с. 13--20. DOI: https://doi.org/10.31857/S023571190002556-2

[6] Потапов Г.П. Двигательная электризация летательных аппаратов. Казань, КГТУ, 1995.

[7] Потапов Г.П., Ившин В.П. К вопросу определения электрофизических характеристик поверхности, находящейся в плотной плазме с добавкой ионизируемого металла. Труды КАИ, 1973, № 158, с. 67--73.

[8] Aronowitz L. Electrostatic potential generated by rockets on vehicles in space. IEEE Trans. Electromagn. Compat., 1968, vol. EMC-10, iss. 4, pp. 341--346. DOI: https://doi.org/10.1109/TEMC.1968.302975

[9] Vance E.F., Nanevicz J.E. Rocket motor charging experiments. AFCRL, 1966, vol. 66, iss. 497.

[10] Capener E.L., Chown J.B., Dickinson L.A., et al. Studies on ionization phenomena associated with solid propellant rockets. 6th Solid Propellant Rocket Conf., AIAA J., 1966, vol. 4, no. 8, pp. 1349--1354. DOI: https://doi.org/10.2514/3.3676

[11] Aronowitz L. Rocket-engine-generated voltage as a source of electromagnetic interference and electronic component damage on interplanetary vehicles. IEEE Space Electronics Symp., 1965, November-2-4.

[12] Нагель Ю.А. Электризация двигателей при истечении продуктов сгорания. Экспериментальные результаты. ЖТФ, 1999, т. 69, № 8, с. 55--59.

[13] Кучинский В.В., Никитенко А.Б. Аналитические методы оценки параметров плазмы продуктов сгорания и определение температуры по результатам измерений проводимости плазмы. ЖТФ, 2010, т. 80, № 8, с. 13--21.

[14] Guy A., Fromentin-Denoziere B., Phan H.K., et al. Ionized solid propellant rocket exhaust plume: MiLES simulation and comparison to experiment. 7th EUCASS, 2017, pp. 1--19. DOI: https://doi.org/10.13009/EUCASS2017-434

[15] Митчнер М., Кругер Ч. Частично ионизованные газы. М., Мир, 1976.

[16] Федотова К.В., Ягодников Д.А. Расчетное исследование предельных характеристик электризации стенки при обтекании низкотемпературной плазмой. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия Естественные науки, 2023, № 1 (106), с. 145--160. DOI: http://doi.org/10.18698/1812-3368-2023-1-145-160

[17] Нуруллаев Э.М. Основные характеристики смесевых ракетных твердых топлив и области их применения. М., Инфра-Инженерия, 2021.

[18] Трусов Б.Г. Программная система ТЕРРА для моделирования фазовых и химических равновесий при высоких температурах. III Междунар. симп. "Горение и плазмохимия", 2005, с. 52--57.

[19] Крамаренко Р.М., Онуфриев В.В. Расчет электризации сопел жидкостных ракетных двигателей. XLVII Академические чтения по космонавтике. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2023, с. 180--181.