Якутин А.В. Математическое моделирование и численный анализ рабочих процессов в микро-ЖРД на базе МЭМС-технологий (Математическое моделирование и численный анализ рабочих процессов в микро-ЖРД на базе МЭМС-технологий), страница 4

Так как кремний имеетбольшие значения удельной теплоёмкости и теплопроводности, то ЧИП микроЖРД аккумулирует значительное количество тепла, и требуется относительнобольшое время для установления теплового равновесия. После 100 с работысредняя температура поверхности каталитического реактора составила 515 К.Изменения выходных параметров микро-ЖРД в импульсном режимеработы показаны на рис. 14 – 15. Время включения, время выключенияпринималось равным 0,1 с.P , мН2,41,91,40,90,4-0,100,20,40,60,811,21,41,61,8t, c2Рис.

14. Изменение значения тяги в течение 10 импульсовP, мН2,521,510,5t, c000,020,040,060,080,1Рис. 15. Изменение значения тяги в течение одного импульсаНа рис. 14 видно, что максимальная тяга практически не меняется втечение 10 импульсов. На рис.

15 через 0,02 с виден небольшой скачок тягипосле начала подачи топлива. Можно отметить, что значение тяги более плавноизменяется при подходе к своему максимальному значению, чем величина20I, м/срасхода топлива. На рис. 16 показано изменение удельного импульса в течение10 рабочих импульсов.8,04E+028,02E+028,00E+027,98E+027,96E+02Номер импульса7,94E+0212345678910Рис. 16.

Измнение значения удельного импульса для десяти пусковНа рис. 16 наблюдается тенденция небольшого роста удельного импульсасо временем. При этом импульс тяги для первого и десятого пусков составили0,216 и 0,219 мН·с, соответственно.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ1. Разработана математическая модель процессов преобразованиямонотоплива (гидразина) в конечные газообразные продукты в трактахкаталитического реактора, имеющих поперечные размеры в несколько десятковмикрометров.

По результатам расчетов показана интенсификация тепло- имассообмена в условиях микроразмеров и введена функция эквивалентноготепловыделения в канале, что позволяет использовать результаты расчетареактора при моделировании теплообмена в ЧИПе микродвигателя.2. Разработаны гидро – и газодинамические модели процессов течения вэлементах камеры микро-ЖРД. Проведены расчеты распределения давления искорости газов в микроканале. Показано совпадение результатов этих расчетовс опубликованными данными и обосновано применение уравнений модели сграничными условиями «непроскальзывания» на стенках для числа Kn<0,058.3. Созданы обобщенная модель рабочих процессов в микро-ЖРД наоднокомпонентном топливе и алгоритм её решения.

Даны рекомендации поконструкции и режимным параметрам микродвигаетля: расход топлива –3,124 мг/с для глубины камеры двигателя 150 мкм; геометрия предреакторногопространства; профиль и геометрия сопла - непрофилированное сопло с длинойсверхзвуковой части 0,43 мм и углом раскрытия 50 градусов; температурастенок ЧИПа микро-ЖРД – 515 К.4. Для микро-ЖРД с критическим сечением 95×105 мкм при значенияхдавления в камере двигателя 0,1 – 0,3 МПа и температуры 293 - 973 Крассчитаны значения тяги и удельного импульса, которые составили0,6 – 6,1 мН и 550 - 1350 м/с, соответственно. Проведено сопоставление21результатов распределения скорости газового потока в микросопле Лаваля сопубликованными данными и получено хорошее соответствие.5. Разработаны алгоритм и программа аппроксимации теплофизическихсвойств компонентов газовой смеси (аммиака, азота и водорода) по давлению итемпературе в диапазоне от 10-4 до 0,3 МПа и от 100 до 1800 К, соответственно,что позволяет получать по табличным данным аналитические зависимости.6.

Разработанная методика математического моделирования и результатырасчетов, выполненных в настоящей диссертационной работе, использованы врамках совместного проекта с фирмой «Astrium GmbH» и могут бытьприменены в качестве инструмента для оптимизации выходных характеристикпри создании опытного образца микро-ЖРД и для сокращения времени наотработку микродвигателей.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХПУБЛИКАЦИЯХПубликации в журналах перечня ВАК1.

Коломенцев А.И., Захаров С.А., Якутин А.В. Математическая модельрасчета теплофизических свойств газовой смеси // Вестник МАИ. М.:Изд-во МАИ, 2007. – т. 14, №3. С. 41-47.2. Коломенцев А.И., Якутин А.В. Двигательные установки реактивныхсистем управления малоразмерных космических аппаратов //Авиакосмическое приборостроение. М.: Изд-во «Научтехлитиздат», 2008.№ 1. С. 51-56.3.

Коломенцев А.И., Якутин А.В. Исследование рабочих процессовжидкостных ракетных микродвигателей созданных на базе МЭМСтехнологий // Вестник МАИ. М.: Изд-во МАИ, 2010. – т. 17, № 4. С. 9095.4. Коломенцев А.И., Байков А.В., Мартыненко С.И., Якутин А.В., ЯновскийЛ.С., Теличкин Д.С., Цыгенхаген Ш. Проблема разработкимикродвигательных установок // Известия вузов. Авиационная техника.Казань: Изд-во КГТУ, 2010. № 2.

С. 53-55.Публикации в других изданиях5.6.Коломенцев А.И., Якутин А.В. Двигательные установки реактивныхсистем управления малоразмерных космических аппаратов // ТрудыРоссийско-Китайской международной конференции по проектированиюаэрокосмической техники. М.: Изд-во «Информиздат», 2007, с. 70-75.Kolomentsev A.I., Telitshkin D.S., Yakutin A.V. Features and numericalanalysis of working processes in microthruster // International Symposium onSpace Propulsion (ISSP2007), 8 – 12 October 2007, Beijing, China. P.

171176.22Якутин А.В., Коломенцев А.И. Моделирование процессов в микро-ЖРДна унитарном топливе // Сборник тезисов Всероссийской конференциимолодых ученых и студентов «Информационные технологии вавиационной технике – 2008», 21-24 апреля 2008 г., Москва – М. МАИПРИНТ, 2008. С. 109-110.8. Якутин А.В., Коломенцев А.И. Моделирование процессов микро-ЖРД //Сборник трудов Всероссийская конференция молодых ученых испециалистов «Будущее машиностроения России», 25-27 ноября, 2008г.,Москва – М.: МГТУ им. Баумана, 2008. С. 229-230.9.

Якутин А.В., Коломенцев А.И. Математическая модель канала реакторамикро-ЖРД на унитарном топливе // Обеспечение качества на всехэтапах жизненного цикла изделий / под. ред. проф. Ю.Ю. Комарова. –М.: Изд-во МАИ, 2008. С. 360-366.10. Якутин А.В., Коломенцев А.И. Особенности рабочих процессов в микроЖРД // Труды XXXIII академических чтений по космонавтике«Актуальные проблемы Российской космонавтики». М. 26-30 января2009 г.11. Якутин А.В., Коломенцев А.И., Математическая модель микро-ЖРД длянаноспутников // Сборник тезисов XII Международной молодежнойнаучно - практической конференции «Человек и Космос», 7-9 апреля2010 г., Днепропетровск - Днепропетровск: 2010.

С. 11612. Якутин А.В., Коломенцев А.И. Моделирование внутрикамерныхпроцессов вэнергоустановках многоразового использования //Материалы XXII Всероссийской межвузовской научно-техническойконференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы вэнергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборыи методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий»,17-19 мая 2010 г., Казань: КВВКУ, 2010. С. 92-93.7.23.