Натекание высокотемпературной сверхзвуковой струи на преграду вблизи среза сопла
Авторы: Юрченко И.И., Клименко А.Г., Кудинов А.С., Исаков Д.В.
Опубликовано в выпуске: #11(83)/2018
DOI: 10.18698/2308-6033-2018-11-1820
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов
Проведены исследования высокотемпературной сверхзвуковой перерасширенной струи модельного двигателя малой тяги на компонентах газообразный кислород–керосин, истекающей в затопленное пространство с атмосферным давлением. Параметры струи варьировали посредством изменения соотношения компонентов Km. Показатель изоэнторпы струи на срезе сопла находился в диапазоне от 1,2 до 1,3 при значениях температуры торможения потока 1528…2764 K. В первую бочку струи помещали под углом 45° пластину, захватывающую периферийную часть струи, на пластине устанавливали датчики теплового потока и давления. Визуализация струи и зоны взаимодействия с пластиной была затруднена вследствие наличия излучающих частиц сажи, которые образовывались при горении. Следы прожига и направление сноса расплавленного материала на поверхности пластин при натекании высокотемпературной струи были использованы для построения картины течения. Идентичность следов повреждения измерительных пластин указывает на стабильность положения висячих скачков уплотнения первой бочки при изменениях соотношения компонентов струи Km = 0,99…1,58. Предложен удовлетворительно согласующийся с результатами проведенных измерений метод расчета тепловых потоков в центральной части струи на реальных компонентах с использованием термодинамических параметров, рассчитанных для равновесной реагирующей смеси. Выявлены значительные тепловые потоки в периферийной области струи, являющиеся следствием не только поворота сформированного на границе струи слоя смешения, но и частичной эжекции горячего газа из центральной части струи. Результаты измерений в периферийной части струи являются материалом для дальнейших обобщений. Исследования будут продолжены применительно к соплам большего диаметра
Литература
[1] Lamont P.J., Hunt B.L. The impingement underexpanded, axisymmetric jets on perpendicular and inclined flat plates. J. Fluid Mechanics, 1980, vol. 100, part 3, pp. 471–511.
[2] Авдуевский В.С., Ашратов Э.А., Иванов А.В., Пирумов У.Г. Газодинамика сверхзвуковых неизобарических струй. Москва, Машиностроение, 1989, 320 с.
[3] Губанова О.Г., Лунев В.В., Пластинина Л.Н. О центральной срывной зоне при взаимодействии сверхзвуковой недорасширенной струи с преградой. Механика жидкости и газа, 1971, № 2, с. 135–138.
[4] Алямовский А.А., Собачкин А.А., Одинцов Е.В., Харитонович А.И., Пономарев Н.Б. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике. Санкт-Петербург, БХВ-Петербург, 2005, 800 с.
[5] Кудимов Н.Ф., Сафронов А.В., Третьякова О.Н. Прикладные задачи газодинамики и теплообмена в энергетических установках ракетной техники. Москва, Изд-во МАИ, 2014, 167 с.
[6] Melton H.R., Shaw L.M., Sieker W.D.,White D.I. Simulation of non-continuum free jet plume impingement. AIAA Pap., 1968, no. 237.
[7] Антохин В.М., Герасимов Ю.И., Жохов В.А., Хомутский А.А. Тепловое воздействие свободно расширяющейся струи газа на плоскую преграду. Механика жидкости и газа, 1981, № 4, с. 119–126.
[8] Юрченко И.И. Исследование параметров течения и теплообмена на затупленных конусах. Естественные и технические науки, 2012, № 2 (58), с. 259–264.
[9] Alvi F.S., Iyer K.G. Mean and Unsteady Flowfield Properties of Supersonic Impinging Jets with Lift Plates. AIAA 99-1829, 1999.
[10] Malsur Dharavath and Debasis Chakraborty Numerical Simulation of Supersonic Jet Impingement on Inclined Plate. Defence Science Journal, 2013, vol. 63, no. 4, pp. 355–362.
[11] Nagata Y., Nonomura T., Fujii K., Yamamoto M. Analysis of Acoustic-Fields generated by Supersonic Jet Impinging on an Inclined Flat Plate and a Curved Plate. APCOM & ISCM, 11–14th December, 2013, Singapore.
[12] Ghanegaonkar P.M., Ramanujachari V., Vijaykant S. Experimental investigation on the supersonic jet impingement. Indian Journal of Engineering & Material Sciences, 2004, vol. 11, pp. 100–106.
[13] Антохин В.М., Балашов Ю.П., Герасимов Ю.И., Долголенко А.И., Жохов В.А., Зворыкин Л.Л., Кузнецова Н.Ф., Куканов Ф.А., Плешакова Л.А., Плотников Б.П., Решетин А.Г., Стасенко А.Л., Хомутский А.А. Исследование на модели обтекания космического корабля «Союз» реактивными струями управляющих двигателей корабля «Аполлон». Механика жидкости и газа, 1977, № 3, с. 124–133.
[14] Лейтес Е.А. Моделирование силового воздействия сильно недорасширенной струи на плоскую поверхность, параллельную ее оси. Ученые записки ЦАГИ, 1975, т. 6, № 1, с. 113–116.