Диссертация (1145329), страница 21
Текст из файла (страница 21)
В поперечном сечении устанавливается сетка издиэлектрика с инициатором СВЧ разряда. В данном случае используется подкритическийстримерный разряд, плазменные жгуты которого присоединяются к ячейкам сетки (рис.2.45).!119Area ofburningM>>1M>1]Рисунок 2.43 - Схема стабилизации фронта горения в поперечном сечении сверхзвуковогопотока внутри СПВРД.]1 - воздухозаборник; 2,3 - пластины (клинья) воздухозаборника; 4,5 - косые скачки уплотнения;6 - ножка Маха; 7,8 - отраженные косые скачки уплотнения; 9 - топливные форсунки; 10 камера сгорания; 11 - сопло; 12 - воспламенитель (диэлектрическая сетка); 13 - устройстваподжига.Рисунок 2.44 - Схема разработанного СПВРД.]Рисунок 2.45 - Стримерный подкритический разряд, присоединенной к капроновой сетке.Зеленые точки - инициатор СВЧ-разряда.!120СПВРД работает следующим образом.
В процессе работы двигателявнутривоздухозаборника 1 клиньями 2 и 3 формируется оптимальная ударно-волновая структура,состоящая из косых скачков 4 и 5, которые могут пересекаться регулярным образом илимаховским с образованием ножки Маха 6. В результате их интерференции образуютсяотраженные косые ударные волны 7 и 8, скорость потока за которыми сверхзвуковая.
За ударнойволной 4 выполняется предварительное перемешивание смеси воздуха с топливом собразованием топливо-воздушной смеси, которая дополнительно сжимается отраженнойударной волной 7.Косые ударные волны 4,7 и 5,8 обеспечивают сжатие воздуха с наименьшими потерямиполного давления и обеспечивают оптимальную для заданной скорости полета скоростьтопливовоздушной смеси в камере сгорания 10. Геометрия воздухозаборника подбираетсятаким образом, чтобы маховская интерференция была исключена или, по крайней мере, ножкаМаха 6 имела бы минимальную высоту, так как на ней потери полного давления максимальны.Если высота ножки Маха 6 небольшая, то дозвуковой поток за ней в результате его эжекциисверхзвуковым потоком тоже становится сверхзвуковым.Таким образом, топливо-воздушная смесь, прошедшая через систему косых ударных волн,оказывается сжатой и нагретой до заданных параметров и в таком состоянии поступает всверхзвуковую камеру сгорания 10.
Установленный в сверхзвуковой камере сгораниявоспламенитель 12 облучается квазиоптическими пучками, имеющими длину волны 8.7 см,которые генерируются импульсами генератора 13.Длительность импульса порядка 1 мкс.Величина ячейки сетки 4.35 см. Ячейки сетки воспламенителя выступают в ролиполуволнового вибратора и в результате возникающего резонанса генерируют стримерный СВЧразряд, причем стримеры распространяются вдоль элементов, образующих ячейки сетки.Как показали эксперименты по измерению скорости распространения разряда и временивоспламенения, проведенный на установке, схема которой показана на рис. 2.46, скоростьраспространения стримерного разряда в зависимости от скорости, температуры и полногодавления потока может достигать 5-15 км/с (рис.2.47), то есть воспламенитель обеспечиваетпрактически мгновенное инициирование горения топлива по всей площади поперечногосечения камеры сгорания, в результате чего поджигание топливо-воздушной смеси происходитпрактически мгновенно.!121]]1 - Подача пропан-воздушной горючей смеси; 2 - Инициатор СВЧ разряда; 3 - Фокусирующеезеркало; 4 - СВЧ пучок; 5 - СВЧ разряд; 6 - Фронт пламени; 7 - Стеклотекстолитовая пластина.8 -Тонкая радиопрозрачная оболочка; 9 - Фоторегистратор.Рисунок 2.46 - Принципиальная схема лабораторной установки - генератора СВЧ разрядов.]]а)б)Рисунок 2.47 - Эксперимент по исследованию оптимальных пропорций пластины, прикоторой не происходит "убегание" разряда с её поверхности (а), а разряд заполняетпластину по всей её ширине (б), и измерению скорости распространения фронта разряда.!122Для определения необходимой для непрерывного горения частоты следования импульсовбыл проведен эксперимент по определению времени задержки между моментом поджиганияразряда и моментом воспламенения смеси.Распространение фронтов разряда и пламенификсировалось на скоростную камеру Phantom v.2511, имеющую скорость съемки до 750.000кадров/сек.
На рисунок 2.48 приведена кинограмма стримерного разряда. В левом нижнем углукаждого кадра приведено время с точностью до 1 мкс. При такой скорости съемки камера моглавести съемку только в черно-белом режиме.]]а)]б)]в)г)Рисунок 2.48 - Развитие стримерного разряда: а - зажигание разряда, б - яркая вспышка, в развитая стримерная структура, г - след от погасшего разряда.В начальный момент времени под воздействием импульса СВЧ излучения зажигаетсяразряд (рис.2.48-а). Примерно через 10-15 мкс следует яркая вспышка, сопровождающаясяфиолетовым свечением (рис.2.48-б), еще примерно через 40 мкс наблюдается развитаястримерная структура (рис.2.48-в), затем в течение 50-60 мкс разряд гаснет и на его местеостается след (рис.2.48-г).Горение пропан-воздушной смеси начинается в точности на месте следа от разряда (рис.2.49-а) примерно через 150 мкс.
Таким образом, время индукции при инициировании горениястримерным разрядом уменьшается в 7-10 раз по сравнению с обычным тепловым механизмомвоспламенения.!123]а)]б)]в)Рисунок 2.49 - Горение, инициированное стримерным разрядом: а - воспламенениетопливной смеси, б - развитие турбулентного фронта горения, в - развитая областьгорения.Исследование показало, что стримерный разряд обеспечивает устойчивое поджиганиесмеси в сверхзвуковом потоке, срыва пламени не происходит, если частота следованияимпульсов не превышает 300 мкс (в два раза больше времени индукции). Горение топливовоздушной смеси осуществляется в сверхзвуковой камере сгорания.
Продукты сгораниярасширяются в сверхзвуковом сопле, создавая тягу двигателя. Диффузные СВЧ разряды непродемонстрировали никакого преимущества по сравнению с обычным искровым поджиганиемтоплива.Таким образом, разработан эффективный метод организации слабой недосжатойдетонации, который с успехом может использоваться в перспективных СПВРД.!1242.10 Выводы к главе 2В главе 2 рассмотрена концепция газодинамического разрыва с позиции теорииособенностей гладких отображений. В общем виде введены законы сохранения на разрыве,непосредственно следующие из его геометрической природы как особенности, возникающей впервоначально гладком течении. Показано, что эти законы для идеального разрыва и ударнойволны в уравнении Бюргерса с исчезающей вязкостью одни и те же, т.е.
теорией, развитой дляразрывов в сверхзвуковом потоке идеального газа, можно пользоваться и для анализа ударныхволн в реальном газе.Калорическое несовершенство газа необходимо учитывать в расчетах при числах Махабольших 3. Показано, что условия динамической совместности на скачках могут быть записаныв такой же форме, как и для идеального газа, если ввести некоторый эффективный показательадиабаты. Дана методика расчета эффективного показателя адиабаты. Показано, чтокалорическое несовершенство газа в большей степени меняет форму ударной поляры в сторонуизменения предельного угла разворота потока, нежели в сторону изменения максимальнойинтенсивности.Показано, что скачки могут иметь оптимальные для ряда практических задач свойства.Рассмотрены задача оптимального запуска сопла, создания максимального скоростного потокаи отклонения потока с минимальными потерями.Рассмотрены проблемы, связанные с кривизной разрыва.
Продемонстрированы методикирасчета кривизны скачков и тангенциальных разрывов на примере течения в перерасширеннойи недорасширенной сверхзвуковой струи в окрестности кромки сопла. Показано, что кривизналиний тока и характеристик могут стать причиной зарождения внутри гладкого течения висячихскачков уплотнения. Точка зарождения таких скачков располагается на некотором расстоянии откромки сопла.При нерасчетностях струи близких к единице, зависимость кривизны границы, скачка икоординат зарождения висячего скачка от давления в окружающей среде носит сильнонемонотонный характер. Наложение на разрыв внешней акустической волны на этих режимахприводит к резкому скачкообразному изменению поперечных размеров разрывов, т.е. образуетпетлю обратной связи, вызывающую самоподдерживающиеся колебания, что хорошо совпадаетс результатами экспериментов.Если имеется возможность задать какую-то одну неравномерность течения за скачкомуплотнения, то, при известном поле течения до скачка, можно вычислить кривизну скачка в!125любой его точке.
Это эквивалентно записи обыкновенного дифференциального уравнения,описывающего форму скачка. Например, обоснованным является предположение, что взатопленной сверхзвуковой струи в сжатом слое между скачком и границей струи давлениеостается постоянным вдоль линий тока. Сравнение решений полученных уравнений для случаяперерасширенной струи с результатами численных экспериментов показало идеальноесовпадение.Описан еще один тип стационарного газодинамического разрыва - фронт горения всверхзвуковом потоке. Показано, что он является слабой (недосжатой) детонацией и можетбыть с успехом применен для организации горения в сверхзвуковом потоке в СПВРД. Описанэксперимент по инициированию и поддержанию слабой детонации при помощиприсоединенного СВЧ разряда, зажженного на полуволновом резонаторе, в сверхзвуковомпотоке с М=2, что соответствует оптимальной скорости горения для гиперзвуковоголетательного аппарата, имеющего скорость М=6.✹ !126Глава 3 Интерференция встречных разрывов и теория перестроекударно-волновых структурВ настоящей главе рассматривается регулярное и маховское (нерегулярное) отражениекосого скачка уплотнения от стенки и от оси симметрии, а также теория перестроек УВС,основанная на теории Уитни особенностей гладких отображений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
