Влияние вдува продуктов газификации теплозащитного покрытия утопленной части сопла РДТТ на потери удельного импульса

Аннотация

Исследован процесс термохимического взаимодействия продуктов сгорания и разложения теплозащитного покрытия на основе фенолформальдегидной смолы в гомогенном приближении. Продукты разложения теплозащитного покрытия вдувались с контура дозвукового участка сопла. Количество продуктов разложения определено в результате решения сопряженной газодинамической задачи течения с учетом кинетических механизмов взаимодействия и тепловых потоков по модели Бартца. Выполнено сравнение результатов расчетов горения с использованием кинетических механизмов горения перхлората аммония и полибутадиенового каучука при переменной рецептуре и в термодинамически равновесном состоянии. Приведены граничные условия для гомогенного приближения горения твердого топлива с упрощенным представлением теплового баланса между твердой, жидкой и газовой фазами. Рассмотрены оценки параметров химических превращений в расширяющейся части сопла в одномерном и осесимметричном приближениях. Приведены термохимические потери по тракту сверхзвуковой части сопла с учетом разложения теплозащитного покрытия и потери удельного импульса при вдуве СН_4, СО, СО₂, Н₂ в минимальное сечение в количествах 0,01, 0,1 и 1 % газоприхода с поверхности твердого топлива без учета изменения температуры торможения до минимального сечения. Выявлен характер изменения тяги РДТТ с поправкой на потери вследствие вдува продуктов разложения теплозащитного покрытия с дозвуковой поверхности сопла. Определена взаимосвязь коэффициента расхода с потерей энергии в пограничном слое

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Шайдуллин Р.А., Сабирзянов А.Н. Влияние вдува продуктов газификации теплозащитного покрытия утопленной части сопла РДТТ на потери удельного импульса. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2025, № 1 (152), c. 59--82. EDN: TPIUHM

Литература

[1] Beckstead M.W., Derr R.L., Price C.F. A model of composite solid-propellant combustion based on multiple flames. AIAA J., 1970, vol. 8, no. 12, pp. 2200--2207. DOI: https://doi.org/10.2514/3.6087

[2] Cai W.D., Thakre P., Yang V. Model of AP/HTPB composite propellant combustion in rocket-motor environments. Combust. Sc. Technol., 2008, vol. 180, no. 12, pp. 2143--2169. DOI: https://doi.org/10.1080/00102200802414915

[3] Суржиков С.Т., Краер Х. Вычислительные модели горения неметаллизированного гетерогенного ракетного топлива. ТВТ, 2003, т. 41, № 1, c. 106--142. EDN: OOMQTT

[4] Брюстер М.К., Муллен Дж.К. Скорость горения алюминизированных смесевых топлив с широким распределением частиц окислителя по размерам. Физика горения и взрыва, 2011, № 2, с. 81--92. EDN: NUCWON

[5] Ермолин Н.Е. Модель кинетики химических реакций в пламенах хлорной кислоты с аммиаком. Физика горения и взрыва, 1995, № 5, с. 58--69. EDN: KTEAWT

[6] Шайдуллин Р.А., Сабирзянов А.Н. Моделирование горения твердого топлива на основе перхлората аммония и полибутадиена в условиях гипотетического двигателя. Тепловые процессы в технике, 2023, № 6, с. 276--287. EDN: LQCOYE

[7] Сабирзянов А.Н., Шайдуллин Р.А. Влияние некоторых факторов разложения теплозащитного материала на коэффициент расхода утопленного сопла. Известия вузов. Авиационная техника, 2023, № 3, с. 85--92. EDN: SJCEEZ

[8] Соколовский М.И., Лузенин А.Ю. Конструкция ракетных двигателей твердого топлива. Ч. 1. Конструирование ракетных двигателей твердого топлива. Пермь, Изд-во ПНИПУ, 2019.

[9] Грибанов В.М., Слободчиков С.С., Потапенко А.И. и др. Расчетно-экспериментальный метод определения энергозатрат на физико-химические превращения в полимерных материалах. Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ, 2012, т. 130, № 5, с. 51--57. EDN: QJGAPX

[10] Фахрутнидов И.Х., Котельников А.В. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива. М., Машиностроение, 1987.

[11] Шишков А.А., Панин С.Д., Румянцев Б.В. Рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топлива. М., Машиностроение, 1989.

[12] Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Крюков В.Г. и др. Математическое моделирование высокотемпературных процессов в энергосиловых установках. М., Наука, 1989.

[13] Трусов Б.Г. Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1991.

[14] Белов Г.В. Развитие средств термодинамического расчета характеристик ракетного двигателя с использованием языка программирования Julia. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана, Сер. Машиностроение, 2021, № 4 (139), с. 80--93. EDN: MTOVER. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2021-4-80-93

[15] Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Черенков А.С. Основы теории физико-химических процессов в тепловых двигателях и энергетических установках. М., Химия, 2000.

[16] Глушко В.П., ред. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Т. 1. М., ВИНИТИ АН СССР, 1971.

[17] Соколовский М.И., Лузенин А.Ю. Конструкция ракетных двигателей твердого топлива. Ч. 2. Инженерные методы расчета ракетных двигателей твердого топлива. Пермь, Изд-во ПНИПУ, 2019.

[18] Сполдинг Д.Б. Горение и массообмен. М., Машиностроение, 1985.

[19] Gross M.-L. Two-dimensional modeling of AP/HTPB utilizing a vorticity formulation and one-dimensional modeling of AP and ADN formulation and one-dimensional modeling of AP and ADN. Provo, Brigham Young University, 2007.

[20] Menter F.-R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA J., 1994, vol. 32, no. 8, pp. 1598--1605. DOI: https://doi.org/10.2514/3.12149

[21] Милехин Ю.М., ред. Энергетика ракетных двигателей на твердом топливе. М., Наука, 2013.

[22] Коротеев А.С., ред. Газодинамические и теплофизические процессы в ракетных двигателях твердого топлива. М., Машиностроение, 2004.

[23] Тимнат И. Ракетные двигатели на химическом топливе. М., Мир, 1990.

[24] Tanner M.-W. Multidimensional modeling of solid propellant burning rates and aluminum agglomeration and one-dimensional modeling of RDX/GAP and AP/HTPB. Provo, Brigham Young University, 2008.

[25] Jeppson M.B., Beckstead M.-W., Jing O. A kinetic model for the premixed combustion of a fine AP/HTPB composite propellant. 36th Aerospace Sciences Meeting & Exhibit, 1998, no. AIAA-98-0447. DOI: https://doi.org/10.2514/6.1998-447