Численное исследование влияния режимных параметров на тепловое состояние конструкции ракетного двигателя малой тяги на топливе кислород

Инженерный журнал: наука и инновации

# 1·2017 1

УДК 621.454 DOI 10.18698/2308-6033-2017-01-1570

Численное исследование влияния режимных

параметров на тепловое состояние конструкции

ракетного двигателя малой тяги на топливе

кислород — метан при работе в импульсном режиме

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

С использованием уравнений нестационарной теплопроводности исследовано вли-

яние режимных параметров на тепловое состояние элементов конструкции

модельного ракетного двигателя малой тяги на газообразных компонентах топ-

лива кислород — метан при работе в импульсном режиме. Рассмотрены значения

максимальной температуры стенки на внутренней поверхности сопла в зоне крити-

ческого сечения при различных режимных параметрах работы двигателя. Получена

аппроксимирующая многопараметрическая зависимость, позволяющая определить

значение максимальной температуры в конструкции модельного ракетного дви-

гателя малой тяги для различных значений давления в камере сгорания, соотноше-

ния компонентов, частоты включения и коэффициента заполнения импульсного

режима.

Ключевые слова:

ракетный двигатель, малая тяга, импульсный режим, тепловое

состояние, моделирование.

Введение.

Известно, что для ракетных двигателей малой тяги

(РДМТ) как исполнительных органов реактивных систем управления

космическими аппаратами важной задачей является обеспечение

удовлетворительного теплового состояния элементов конструкции

при непрерывном и импульсном режимах работы [1, 2]. Следова-

тельно, актуальными представляются экспериментальные и теорети-

ческие, например численные, исследования влияния конструкцион-

ных факторов и режимных параметров на тепловое состояние

элементов конструкции РДМТ.

Численные методы нахождения температурного поля камеры

РДМТ в настоящее время реализованы в двух формах. Первая — это

модули сложных программных комплексов, например пакеты Steady-

State Thermal и Transient Thermal, интегрированные в платформу

Ansys Workbench. Данные программные комплексы использованы

в работах [3, 4], в которых рассмотрен преимущественно непрерыв-

ный режим работы. При этом, несмотря на учет отвода тепла от про-

дуктов сгорания (ПС) в стенку камеры сгорания через задание тепло-

вого потока или коэффициентов теплоотдачи, авторы не определяли

тепловое состояние конструкции РДМТ. Выводы о достижении или

недостижении критических значений температуры материала в зоне