Отзыв ведущей организации (Численное моделирование рабочего процесса в камере сгорания ракетного двигателя малой тяги с центробежными форсунками)

Госкорпорация «РОСКОСМОС» Федеральное казенное предприятие "Научно-испытательный центр шетно-космической промышленности" верждаю ерального техн. наук, дир ФКП«НИЦРКП» В.Н. Кучкин 017 г. |ушкина ул.. 9 д., г.пересвет, Сергиево1садский р-н, Московская обл., Россия, 141320, Тел. (496)546-3321. Телекс 846246 АГАТ Факс (496) 546-7698, (495)221-6282(83) ь 1:в4«кЬИла о*~~ М, гЬ в ~6~ - ~ ~Я ОТЗЫВ ведущей организации на диссертационную работу Строкача Евгения Александровича «Численное моделирование рабочего процесса в камере сгорания ракетного двигателя малой тяги с центробежными форсункамн», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.07.05— «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов» Необходимость повышения эффективности и надежности ракетных двигателей (РД), в том числе двигателей малой тяги, стоит в приоритете целей современных научноисследовательских организаций космической отрасли.

Сложность процессов в камере сгорания (КС) ракетных двигателей малой тяги (РДМТ), необходимость повышения качества проектирования и сокращения временных затрат иа разработку треб уют появления новых и усовершенствования существующих методик расчета основных процессов, протекающих в двигателе. Построение таких методик на базе численного моделирования является перспективным, учитывая уже имеющийся опыт использования современных численных методов проектирования на отечественных предприятиях аэрокосмической отрасли. Такие методики могут быть комбинированными, когда одна группа параметров определяется, например, эмпирико-аналнтическими зависимостями, другая — с помощью ~ Оьрци11 цз~угЛ 3)АИ ,' (.)с„.Я ....::-:„~у( 1 дополнительных экспериментов (напрлмер„проливок, продувок, других тестов), а основное проектирование производится с помошью численных методов моделирования.

Использование численного моделирования в процессе экспериментальной отработки позволяет сократить количество экспериментов и снизить, соответственно, стоимость создании двигателя. Применение численного моделирования, однако, требует верификации по экспернмептальным данным расчетной модели, лспользуемых моделей фнзлческих процессов. В диссертационной работе автором решаются актуальные задачи разработки математической модели расч~~~ рабочего пр~ц~сса в камер~ егора~ил с учетом распылнвания и завесиого охлаждения жидким компонентом топлива, верификации разработанной модели на основе данных огневых испьпаиий КС и определения влпяния параметров подачи иа полноту сгорания и расходный комплекс, Рассмотрение в качестве смесительных элем~н~ов форсуночных устройств центробежного типа также является актуальным ввиду нх широкого распространения в В работе проведен анализ влнянля параметров подачи компонентов топлива на полноту сгорания в КС с учетом внутреннего охлаждения жидким компонентом, примеиенлем подхода Эйлера-Лагранжа для моделированля распыленного керосина и завесного охлаждения, произведена вернфикацля по экспериментальным данньвк Учитывается двухфазность истекающей из форсунок смеси.

Автором разработаны рекомендации по увеличению полноты сгорания с учетом варьирования параметров подачи топлива на примере рассмотренного кислород" керосинового РДМТ номинальной тягой 2ОО Н. Предложена методика «сквозного» проектирования КС и форсунок, направленная на упрошение и упорядочивание процесса проектирования. Методика содержит алгори~~ последовательного получения параметров по всему объему расчетной области (КС) и последующего решения обратной задачи — получения проектных параметров форсунок, Это предоставляет возможность исполыювать методику при многокритериальной оптимизации как КС, параметров форсуики, так и всей двигательной установки (ДУ).

Достоверность результатов и обоснованность научных положепнй обеспечена учетом ланболее важных газодниамическлх н тепловых процессов, применением основных уравнений движения сжимаемой среды, применением сертифицлрованиого коммерческого срелства численного моделирования (Апзуз СГХ), хорощей схолимостыо расчетов и экспериментов. Общие сведении о диссертационной работе Диссертационная работа Строкача Е.А. состоит из введения, четырех глав, заключения, списка условных обозначений, списка источников и приложения, Объем диссертации составляет 144 страницы, список источников включает 167 ссылок. Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи диссертационной работы. В первой главе производится обзор существующих методов оценки качества распыливания — по среднему диаметру н распределению по диаметрам, изучены эмпирико-аналитические, численные методы расчета газожидкостиых течений.

Во второй главе представлено описание объекта исследования — рабочего процесса в КС РДМТ. Обьект исследуется на примере экспериментального РДМТ, р аботаклцего иа компонентах газообразный кислород н керосин с номинальной тягой 200 Н. Представлена физическая картина явлении, происходящих в РДМТ. В третьей главе приведены результаты трехмерных расчбтов оценки влияния параметров подачи -компонент скорости, среднего диаметра капель и распределения капель по диаметру, а также параметров ввода завесного охлаждения.

Произведено более 120 расчетов без ввода завесного охлаждения жидким компонентом и 160 расчетов с учетом завесного охлаждения жидким компонентом. В четвертой главе проводится верификация модели рабочего процесса на базе 12- экспериментальных точек. Также предлагается методика «сквозного» проектирования с использованием численного моделирования рабочего процесса в КС и заданием в качестве граничных условий результатов оценки качества смесеобразования. Рассматривается алгоритм рещеиия для различных типов центробежных форсунок — газожидкостных и одиокомпонентных, предлагается делить режимы распыливания однокомпонентными форсунками по значению числа Вебера. В заключительной части диссертации приведены выводы и рекомендации.

По теме диссертации опубликовано четыре статьи в рецензируемых журналах и изданиях, рекомецдованных ВАК, основны~ положения и результаты дисс~ртац~и представлены иа четырех международных и всероссийских научно-технических конференциях. рекомендации по использованию результатов диссертационной работы Результаты диссертационной работы — зависимости эффективности 1выраженной через расходный комплекс и полноту сгорания) рабочего процесса в КС от параметров з подачи, сама модель рабочего процесса (с учетом применения метода Эйлера-Лагранжа лля моделирования жидкостного внутреннего охлаждения), методика проектирования рабочего цропесса и форсунок РДМТ могут быть использованы на предприятиях- разработчиках ракетно-космической техники и, в особенности, предприягняхразработчиках РДМТ, таких как ПАО «ТМКБ «Союз», КБ химического мапщностроення жи. А.М.

Исаева, ФГУП «НИИМапх» и других при разработке КС РДМТ, смесительных головок, форсуночных элементов. Результаты также могут быль использованы научно-исследовательскими н производственнымн организапнямн, такими как ФКП «НИЦ РКП»„НПО «Энергомаш», АО «КБХА», ГНЦ им, Келдьппа и др., для сокращения затрат на стадии испытаний за счет предварительного численного моделирования процессов в РДМТ н РД. Замечанни по содержанию дпссертацнп Считаем необходимым высказать следующее замечание.

1 Автор не учитывает теплообмен с окружающей средой через стенку КС, что является серьезным допущением модели. Также не проводится сравнения данных моделнровапия на 1/6 секторной области н полноразмерной расчетной сетке, хотя для последующего применения модели рабочего процесса было бы важно имать информацию о разнице результатов при использовании разных постановок. 2 Автором не проведено тестирование основных моделей, описывающих поведение двухфазного потока в камере сгорания на простейших тестовых задачах, на которых обычно проводят верификацию и валидацию программного кода перед проведением исследовательских расчетов. Модели движения, испарения, дробления капель двухфазного потока„модели горения, модели турбулентности, включенные в пакет программ СРХ„обычно требуют определенного подбора параметров.

Для моделирования горения капель в камере сгоранпя ЖРД онн могут отличаться от параметров, данных в пакете по умолчанию. 3 Акцент работы делается па том, что в КС ЖРДМТ горят капли (керосина), однако не представлен детальный анализ выбора параметров распыла газожидкостной форсунки, котя ее геометрия может быть определена даже из краткого описания, приведенного в -'диссертации. Кроме того, вместо рассмотрения течения н дробления капель закрученным газовым потоком внутри и на выходе нз газовой центробежной форсунки (например, в рамках модели "Еппапсей ЫоЬ'*), которое дает более-менее реальные параметры потоков газа н капель, на част~ огневого днища, где размещается форсунка кислорода, было пспользовано граничное условие, задающее закрученный поток кпслорода с каплями с усредненными параметрами (дпаметр капель — 20 мкм и одинаковая скорость газа н 4 капель — 21 ьь>с).