Численное моделирование внутренней баллистики в ракетных двигательных установках…
1
УДК 629.7.03
Численное моделирование
внутренней баллистики
в ракетных двигательных установках
на криогенном твердом топливе
© А.В. Воронецкий, С.А. Сучков, Л.А. Филимонов
НИИ энергетического машиностроения МГТУ им. Н.Э. Баумана,
Москва, 105005, Россия
Представлены результаты численного моделирования рабочего процесса в ракет-
ном двигателе нового типа на криогенном твердом топливе (КТТ), которое содер-
жит горючее и окислитель при температуре ниже их температуры плавления.
Математическая модель рабочего процесса базируется на полной системе уравне-
ний Навье – Стокса для газа (с учетом k–
ε
-модели тубулентности) и уравнениях
тепло- и массопереноса для твердого топлива, записанных в нестационарной осе-
симметричной форме. Расчеты выполнены для КТТ кислород + водород и кисло-
род + метан. Рассмотрены дисковая и матричная схемы расположения топливных
элементов канального заряда и проанализировано влияние их размеров на протека-
ние рабочего процесса. Сделан вывод о невозможности реализации устойчивого го-
рения топлива кислород + водород в данных условиях, однако показано, что исполь-
зование топлива кислород + метан дает возможность реализации устойчивого ра-
бочего процесса в камере сгорания и управления скоростью преобразования
компонентов топлива путем задания определенной внутренней структуры КТТ.
Рассмотрены также особенности рабочего процесса в гибридном ракетном двига-
теле принципиально нового класса на криогенном топливе, один из компонентов ко-
торого находится в жидком, а другой — в твердом агрегатном состоянии.
Ключевые слова:
численное моделирование, рабочий процесс, ракетные двига-
тельные установки,
криогенное твердое топливо.
В настоящее время в ракетной технике наиболее широко исполь-
зуются жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) и ракетные двигатели
на твердом топливе (РДТТ). Применение ЖРД дает возможность
обеспечить более высокий удельный импульс по сравнению с приме-
нением РДТТ вследствие более высокой энергетики жидких топлив,
однако двигатели на твердом топливе имеют существенно более про-
стую конструкцию, в первую очередь из-за отсутствия систем подачи
топлива и охлаждения камеры сгорания.
Для сведения недостатков ЖРД и РДТТ к минимуму специали-
стами из ФРГ была предложена принципиально новая концепция ра-
кетного двигателя на криогенном твердом топливе (КТТ), которое
содержит горючее и окислитель при температуре ниже их температу-
