ВВЕДЕНИЕ 2
1 Теоретические и экспериментальные основы построения физико -
математической модели 4
2 Физико-математическая модель 7
3 Методика решения 15
4 Разностная аппроксимация 16
5 Результаты расчетов 20
5.1 О сходимости и законе сохранения массы 20
5.2 Зависимость скорости горения от давления и размеров частиц в
отсутствие перегрузок 21
5.3 Зависимость скорости горения от давления, размеров частиц и значения
перегрузки 24
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 34
Среди всех видов ракетных топлив сегодня химическое топливо занимает особое место. С одной стороны, оно гораздо менее опасно, чем ядерное топливо, с другой - двигатели на основе химического топлива способны выдавать ощутимо большую силу тяги, чем электрические.
В свою очередь, химическое топливо делится на твердые и жидкие топлива. Первые получили большее распространение, так как они проще в изготовлении, безопаснее при эксплуатации, дольше хранятся и за счет высокой плотности более компактные.
Смесевое твердое топливо (СТТ) состоит из окислителя, горючего и различных добавок, призванных улучшить характеристики смеси. Среди них - добавки металлов. Это могут быть мелкодисперсные порошки алюминия, магния, бериллия, циркония, бора. Такие топлива называются металлизированными смесевыми твердыми топливами (МСТТ). Примеси металлического горючего необходимы для повышения основной характеристики ТТ - линейной скорости горения.
Задача установления характеристик внутрикамерных процессов в условиях пространственного маневрирования РДТТ является актуальной научно-практической задачей. Процессы, происходящие при горении твердого топлива в камере сгорания, имеют сложный и многофакторный характер и оказывают взаимное влияние на внутрибаллистические характеристики РДТТ. Современные возможности получения микро- и нано- дисперсных порошков металлов создали возможности для разработки высокоэнергетических веществ нового поколения, в частности металлизированных смесевых твердых ракетных топлив, содержащих в качестве добавки порошок металла. Очевидно, что перегрузки, испытываемые РДТТ на этапах маневрирования, оказывают существенное влияние на характеристики внутрикамерных процессов. Перегрузки влияют на характеристики удельного импульса и устойчивости горения за счет существенного пространственного перераспределения конденсированных продуктов сгорания в камере сгорания РДТТ. При выполнении маневров вектор массовых сил может менять направление относительно осевой координаты. При этом действие перегрузок в наибольшей степени, проявляется в камере сгорания, где скорости потока являются минимальными, а время пребывания и сгорания частиц металла максимальным. Однако подобные явления не моделируются при наземных стендовых испытаниях, и наблюдаются лишь в полетных условиях, что, однозначно, повышает значимость математического моделирования в решении подобного класса задач.
В данной работе изучена зависимость линейной скорости горения МСТТ от величины перегрузки для различного размера частиц порошка алюминия и давления.
1. Разработаны алгоритм и методика численной реализации модели горения СТТ на основе ПХА с добавлением частиц алюминия в поле массовых сил.
2. Проведены тестовые расчеты, изучена сходимость и выполнение закон сохранения массы в границах расчетной области.
3. Проведены расчеты зависимости скорости горения от давления при различных размерах частиц. Результаты показали, что скорость горения растет с увеличением давления и с уменьшением размера частиц алюминия.
4. Изучено влияние перегрузок на величину скорости горения СТТ с добавлением мелкодисперсного алюминия. Влияние перегрузок не симметрично. На частицы небольших размеров перегрузки действуют слабее, при прижимающих перегрузках относительная скорость горения увеличивается, при уносящих - уменьшается. Для крупных частиц и положительные, и отрицательные перегрузки приводят к увеличению относительной скорости горения.
