Диссертация (Рабочие процессы в ракетном двигателе малой тяги на газообразных компонентах топлива кислород и метан)
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Рабочие процессы в ракетном двигателе малой тяги на газообразных компонентах топлива кислород и метан". PDF-файл из архива "Рабочие процессы в ракетном двигателе малой тяги на газообразных компонентах топлива кислород и метан", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "технические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве МАИ. Не смотря на прямую связь этого архива с МАИ, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата технических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего профессионального образования«Московский авиационный институт(национальный исследовательский университет)»На правах рукописиЧудина Юлия СергеевнаРАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ В РАКЕТНОМ ДВИГАТЕЛЕ МАЛОЙ ТЯГИНА ГАЗООБРАЗНЫХ КОМПОНЕНТАХ ТОПЛИВАКИСЛОРОД И МЕТАНСпециальность 05.07.05«Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательныхаппаратов»Диссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук,Козлов Александр АлександровичМосква - 20142СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................
5Глава 1. Аналитический обзор использования кислородно-метанового топлива вракетных двигателях. ................................................................................................. 131.1.Российские исследования. ........................................................................... 131.2.Зарубежные разработки. .............................................................................. 221.3.Работы по математическому моделированию рабочих процессов в РДМТна компонентах топлива кислород и метан ..........................................................
34Глава 2. Объект исследования. .................................................................................. 472.1.Особенности экспериментального РДМТ ................................................... 47Глава 3. Расчетно-теоретическое исследование рабочих процессов в РДМТ. .... 563.1.Физическая картина рабочего процесса в РДМТ ....................................... 563.1.1.Физическаякартинатечениякомпонентовтопливавсмесительной головке. .................................................................................
573.1.2.Физическая картина течения продуктов сгорания в камересгорания и сопле РДМТ. .............................................................................. 583.2.МатематическоемоделированиерабочихпроцессоввРДМТсприменением CFD .................................................................................................. 653.2.1.Исходнаясистемауравненийдляописаниярабочихпроцессов ...................................................................................................... 673.2.2.Определение требований к математической модели рабочихпроцессов в РД МТ. ......................................................................................
693.2.3.Допущения, принятые в математической модели расчета рабочихпроцессов в РДМТ. ....................................................................................... 703.2.4.Модель турбулентности ................................................................. 7333.3.Реализация решения в ANSYS CFX. Расчет течения в смесительнойголовке. ...................................................................................................................
763.3.1.Расчетная область и сетка .............................................................. 763.3.2.Граничные условия. ........................................................................ 783.3.3.Результатычисленногоисследованияраспределениякомпонентов по смесительной головке. ...................................................... 793.4.Реализация решения в ANSYS CFX. Численный эксперимент.
Секторнаярасчетная область. .................................................................................................. 823.4.1.Моделированиепроцессовсмесеобразованияигорениявсекторной расчетной области КС. ...............................................................
833.5.3.4.2.Камера сгорания с приведенной длиной1,075м ................. 873.4.3.Камера сгорания с приведенной длиной=0,933м ................... 95Реализация решения в ANSYS CFX. Численный эксперимент. Расчет сучетом распределения компонентов по смесительной головке. ....................... 1083.5.1.Численное исследование влияния различных форм юбок нарабочие процессы в КС. ............................................................................. 1103.5.2.Численное исследование характеристик на газогенераторномрежиме работы РДМТ. ............................................................................... 1123.6.Алгоритм исследования рабочих процессов в РДМТ. .............................
113Глава 4. Экспериментальное исследование рабочих характеристик РДМТ ......... 1174.1.Описание стенда огневых испытаний ЖРД МТ в атмосферныхусловиях. ............................................................................................................... 1174.1.1.Система подачи горючего ............................................................ 1194.1.2.Система подачи окислителя.
........................................................ 1204.1.3.Система измерения тяги. .............................................................. 1214.1.4.Система измерения давления, расходов и температур ............... 12244.1.5.Автоматизированная система управления стендом, сбора иобработки данных....................................................................................... 1234.2.Проведение огневых испытаний. ..............................................................
1274.2.1.Первый этап огневых экспериментов. Кратковременные пускидля верификации математической модели. .............................................. 1284.2.2.Второйэтапогневыхэкспериментов.Обратнаяподачакомпонентов в смесительную головку. ..................................................... 1304.2.3.Третий этап огневых экспериментов. Газогенераторный режимработы РДМТ..............................................................................................
1354.3.Сравнение результатов численного и натурного эксперимента. ............. 1414.4.Рекомендации по созданию РДМТ на ранних этапах проектирования. . 147Заключение ...............................................................................................................
150Список сокращений ................................................................................................. 153Литература ................................................................................................................ 154ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Поверхности отклика функций ............................................... 1625ВВЕДЕНИЕВ настоящее время в развитии космических транспортных средств сложиласьситуация, при которой возможности по совершенствованию химических ракетныхдвигателей традиционных типовограниченынезначительнымпрактически полностью исчерпаны илиулучшениемэнергомассовыххарактеристик,достигаемых, зачастую, в ущерб надежности, безопасности, экологичности илистоимости.Одним из путей решения этой проблемы может стать использованиесжиженного природного газа (СПГ) – метана в качестве универсальногоэкологически чистого горючего, а также применение новых схем двигателей сдожиганием восстановительного генераторного газа и эффективных системохлаждения камер сгорания.Создание кислородно-метанового жидкостного ракетного двигателя (ЖРД)может стать частью общероссийской программы по расширению и повышениюэффективности использования сжиженных природных газов в автомобильной,железнодорожной, авиационной и ракетно-космической промышленности.
Этообуславливается нарастающим дефицитом вырабатываемых из нефти топлив,большими запасами, доступностью и относительной дешевизной природного газа,а также экологическими преимуществами его применения.АктуальностьразработкиЖРДнакислородно-метановомтопливеподтверждается различными исследованиями и программами по разработкеперспективных ракет-носителей (РН) как в России, так и за рубежом.Так на заседании симпозиума в Сан-Себастьяне в 2010 году «Ассоциацииаэронавтики и астронавтики Франции» было выдвинуто несколько предложенийпо использованию кислородно-метановых ЖРД в составе двухступенчатыхкриогенных носителей от CNES, оснащенных первой метановой ступенью С270,к которой могут быть присоединены до трех ускорителей Р40.
По программеLYRAпредложено модернизировать носитель Vega-2 заменой третьей и6четвертой ступени одной с кислородно-метановым ЖРД. Также в рамкахисследований новых РН ведутся работы по разработке двигателей высокой тягиНТЕ (High Thrust Engine) и по программе разработки технологий криогенныхразгонных блоков CUST(Cryogenic Upper Stage Technology).
