1
УДК 519.6
Численное моделирование газодинамики
факела ракетных двигателей
© Ю.И. Димитриенко, М.Н. Коряков, А.А. Захаров
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Разработана методика численного моделирования газодинамических параметров
факела ракетной двигательной установки на твердом топливе. Показано, что чис-
ленный метод расчета обеспечивает достаточно высокое качество результатов
моделирования: он позволяет выявлять «тонкую» структуру газодинамических
характеристик факела. Установлено, что в газодинамическом факеле продуктов
горения возникает сложная многоскачковая картина течения, образованная систе-
мой трех типов взаимопересекающихся скачков: ударной волны, образующейся на
границе раздела спутного потока и продуктов горения в факеле, скачка, обуслов-
ленного углом раскрыва сопла, ограничивающего внешнюю границу факела, и скачка,
обусловленного разностью плотности продуктов горения на срезе сопла и невозму-
щенного потока. Приведены примеры численного моделирования распределения га-
зодинамических параметров в факеле ракетного твердотопливного двигателя.
Ключевые слова:
газовая динамика, численное моделирование, факел ракетного дви-
гателя, твердое топливо, метод TVD.
Введение.
При проектировании ракетных двигателей обычно ос-
новное внимание уделяется газодинамическим процессам внутри ра-
бочего тракта двигателя (в камере сгорания и сопловом блоке). Га-
зодинамика движения продуктов горения после их выхода из сопла
(факела), как правило, не рассматривается в проектных исследованиях,
поскольку при сверхзвуковом режиме истечения параметры потока за
срезом сопла практически не влияют на газодинамику в сопловой ча-
сти двигателя. Тем не менее проблема изучения газодинамики факела
имеет значение для ряда прикладных задач, в частности для контроля
работы ракетного двигателя по газодинамическим и излучательным
параметрам факела продуктов горения, для решения обратных за-
дач — нахождения термодинамических и термохимических характе-
ристик топлив по характеристикам газодинамики факела, и для других
задач. Работ, посвященных численному моделированию газодинамики
факела ракетных двигателей, в доступной литературе известно не мно-
го: [1–3] и некоторые другие.
Целью настоящей работы было проведение численных расчетов
газодинамики факела типового твердотопливного ракетного двигате-
ля с использованием варианта метода ленточных адаптивных сеток
[4–12] на основе разностной схемы TVD 2-го порядка точности, обе-
