НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o344.Pdf (1207.35Кб)

УДК 621.454

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

В настоящее время перспективным направлением развития космического двигателестроение является использование в качестве органов управления космическим аппаратом ракетных двигателей малой тяги (РДМТ) на экологически чистых топливах, таких как кислород-метан. Для современных РДМТ характерны отсутствие регенеративного охлаждения и импульсный режим работы, в процессе которого происходит аккумулирование тепловой энергии, что приводит к высокой теплонапряженности элементов конструкции РДМТ. Поэтому необходимо на этапе разработки нового изделия получить представление о тепловом состоянии его элементов, что в дальнейшем позволит сократить количество огневых испытаний. В соответствии с этим целью данной работы является математическое моделирование и расчетное исследование теплового состояния РДМТ на газообразных компонентах топлива кислород-метан, работающего в импульсном режиме.
В настоящей работе рассматривается модельный РДМТ, работающий в импульсном режиме на газообразных компонентах топлива кислород-метан.
Расчет температурного поля стенки камеры рассматриваемого модельного РДМТ проводится по математической модели нестационарной теплопроводности в двумерной осесимметричной постановке, учитывающей осевые перетечки тепла и нестационарность процессов, протекающих внутри камеры в процессе импульсного режима работы РДМТ.
В результате численного исследования теплового состояния конструкции модельного РДМТ получены поля температур в процессе работы двигателя с учетом конвективного, кондуктивного и радиационного механизмов теплообмена от продуктов сгорания к стенке.
Показано, что элементы фланцевых соединений камеры сгорания модельного РДМТ выступают в роли теплоотводящих элементов конструкции. Температуры в стенке камеры сгорания в процессе работы двигателя на рассмотренном режиме относительно невысоки.
Повышенные температуры также наблюдаются в смесительной головке в зоне подачи окислителя в камеру сгорания.
В процессе работы двигателя в области, формирующей критическое сечение, происходит интенсивный нагрев стенки, который может привести к ее оплавлению, что в свою очередь приведет к увеличению площади минимального сечения сопла и как следствие к изменению режимных параметров двигателя.

1. Ворожеева О.А., Ягодников Д.А. Математическая модель и расчетные исследования теплового состояния стенки камеры сгорания РДМТ на газообразном топливе кислород-метан в импульсном режиме работы // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2013. № 7. С. 11-20.
2. Экспериментальное и расчетное исследование влияния режимных параметров в газогенераторах ЖРД на кислороде и сжиженном природном газе на концентрационные пределы процесса сажеобразования: отчёт о НИР / МГТУ им. Н.Э. Баумана; Рук. Д.А. Ягодников. Инв. № Э1/020-14. М., 2014. 217 с.
3. Новиков А.В., Ягодников Д.А., Антонов Ю.В. Роль осевых перетечек тепла вдоль стенки камеры сгорания при расчёте охлаждения РДМТ на компонентах топлива: газообразный кислород-керосин // Всерос. науч.-техн. конф. «Ракетно-космические двигательные установки»: тез. докл. М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2008. С. 24-25.
4. Разработка математической модели и методики расчета рабочих процессов в камере сгорания РДМТ на компонентах топлива кислород – сжиженный природный газ, работающего в импульсном режиме: отчёт о НИР / МГТУ им. Н.Э. Баумана; Рук. Д.А. Ягодников. Инв. № Э1/006-12. М., 2012. 74 с.
5. Лебединский Е.В., Калмыков Г.П, Мосолов С.В. и др. Рабочие процессы в жидкостном ракетном двигателе и их моделирование / под ред. акад. РАН А.С. Коротеева. М.: Машиностроение, 2008. 512 с.
6. Васильев А.П., Кудрявцев В.М., Кузнецов В.А. и др. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей / под ред. В.М. Кудрявцева. М.: Высшая школа, 1993.
7. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. / под ред. Д.А. Ягодникова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 488 с.
8. Кузьмин М.П., Лагун И.М. Нестационарный тепловой режим элементов конструкции двигателей летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1988. 240 с.
9. Станкус С.В., Савченко И.В., Багинский А.В., Верба О.И., Прокопьев А.М., Хайрулин Р.А. Коэффициенты теплопроводности нержавеющей стали 12Х18Н10Т в широком интервале температур // Теплофизика высоких температур. 2008. Т.45, № 5. С. 795-797.
10. Осинцев О.Е., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки: Справочник. М.: Машиностроение, 2004. 336 с.
11. Буркальцев В.А., Лапицкий В.И., Новиков А.В. и др. Численное моделирование и экспериментальное исследование рабочего процесса в камере РДМТ на газообразных компонентах топлива кислород + метан. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 60 с.
12. Новиков А.В., Ягодников Д.А., Буркальцев В.А., Лапицкий В.И. Математическая модель и расчет характеристик рабочего процесса в камере сгорания ЖРД малой тяги на компонентах топлива метан-кислорода // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2004. Спец. вып. С. 8-17.