Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПРОТОЧНЫХ ТРАКТАХ
РДТТ 9
1.1 Физическая постановка задачи 9
1.2 Математическая постановка задачи 9
1.3 Методика решения задачи 10
2 РЕЗУЛЬТАТЫ 16
2.1 Программны комплкс 16
2.2 Результаты расчетов 19
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 32
Ракетостроение является одной из самых наукоемких и ресурсоемких промышленностей, требующей постоянного совершенствования и выстраивающей все более жесткие требования перед учеными всего мира.
Ракетные двигатели разделяются на несколько типов по принципу их работы: электрические, плазменные, ядерные и т.д. Наиболее исследуемыми и применяемыми являются ракетные двигатели на химическом топливе. Данный тип двигателей представлен твердотопливными, жидкостными и гибридными ракетными двигателями [4].
Основная задача, предъявляемая к ракетному двигателю - это вывод летательного аппарата в заданную точку по заданной траектории и с требуемой скоростью. Немаловажными аспектами при проектировании двигателя является экономичность, безопасность и экологический фактор.
Ракетный двигатель на твердом топливе (РДТТ) - тип реактивного двигателя, характерной чертой которого является размещение всего топливного запаса в камере сгорания и полного отсутствия каких-либо систем его подачи.
РДТТ является одним из наиболее распространенных видов ракетных двигателей. Наиболее широкое применение РДТТ нашли в оборонной промышленности, что связано с малыми затратами времени на развертывание и запуск системы и высокой надежностью конструкции. РДТТ активно применяются в космической сфере в качестве стартовых ускорителей, устройствах управления и спасения космических кораблей.
РДТТ имеют большое количество как достоинств, так и недостатков. Наиболее весомым преимуществом данной конфигурации считается простота производства. Конфигурация РДТТ не подразумевает под собой наличие большого количества различных механизмов и систем управления, которые негативно влияют на без отказность летательного аппарата и технологические проблемы производства. Основными конструктивными элементам и РДТТ является камера сгорания и присоединенный сопловой блок. В камеру сгорания помещается заряд твердого топлива и система воспламенения заряда. [2].
В качестве топлива используется твердое ракетное топливо (ТРТ), размещаемое в камере сгорания в виде одного или нескольких блоков (зарядов). Масса продуктов сгорания, образующихся при горении топлива, напрямую зависит от площади горения, плотности топлива и скорости горения.
Геометрия используемого заряда топлива подбираетсяв зависимости от закона горения, который требуется получить на основном участке работы двигателя . Изменение 6
поверхности горения зависит от скорости горения и геометрии заряда. По характеру изменения поверхности горения различают три характерных типа горения:
1) прогрессивное горениенаблюдается при увеличении поверхности горения, что соответствует повышению давления в камере сгорания;
2) регрессивное горение характеризует спад давления за счетуменьшения поверхности горения;
3) нейтральное горение происходит при неизменной площади горения.
По физической структуре ТРТ делятся на гомогенные и гетерогенные. Гомогенные топлива представляют собой твердые растворы, состоящие из горючих и окислительных элементов. Нитроцеллюлоза наиболее часто встречающийся компонент данного топлива. Положительными свойствами данного вида топлива является бездымность продуктов сгорания, недостатки характеризуются низким удельным импульсом и малым диапазоном скоростей горения.
Гетерогенные топлива являются механической смесью окислителя, горючего и специальных добавок Окислитель - основной энергонесущий компонент ТРТ, определяющий удельный импульс и скорость горения. В качестве горючего используется большой спектр веществ, начиная от тяжелых нефтепродуктов и заканчивая полимерами. Использование добавок металлов помогают увеличить удельный импульс, повысить плотность ТРТ, а также повышает скорость и стабильность горения. Также используются различные добавки, позволяющих улучшать физико-механические свойства ТРТ [1].
Работа РДТТ состоит из 3-х основных режимов:
1) выход на рабочий режим, включающий в себя период работы
воспламенительного устройства, разгар топлива вплоть до стабилизации давления;
2) основной режим работы двигателя, который напрямую зависит от
геометрических характеристик топлива;
3) период спада давления, характеризующийся догоранием топлива и истечением остатков продуктов сгорания из камеры .
...
В ходе выполненных работ получены следующие результаты:
1) Разработана программа для моделирования нестационарных процессов в
проточных трактах РДТТ с развитым графическим интерфейсом.
2) Проведены расчеты параметров течения газа в проточном тракте РДТТ с
учетом газоприхода с торцевой поверхности горения для топлив марок TP-H-3062,
ARCID-373D, LTF-3.
3) Анализ полученных результатов показал, что быстрогорящее топливо, такое
как ARCID-373D, выходит на рабочий режим быстрее и имеет более высокий показатель
давления в камере сгорания РДТТ.
4) Анализ кривых распределения давления и чисел Маха по проточному тракту
показали, что при использовании быстрогорящих топлив течение в проточном тракте
устанавливается быстрее, чем у медленногорящих топлив, таких как LTF-3.
5) Результаты, полученные с помощью данной методики, хорошо согласуются
с известными инженерными методиками.
