Моделирование рабочего процесса в камере и расчет характеристик ракетного двигателя малой тяги (50 Н) на газообразных компонентах топлива кислород и метан
Опубликовано: 23.06.2025
Авторы: Ворожеева О.А., Коптев И.И., Ягодников Д.А.
Опубликовано в выпуске: #6(162)/2025
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов
Рассмотрен выбор оптимальной схемы смешения компонентов, а также выполнено определение внутрибаллистических характеристик ракетного двигателя малой тяги (РДМТ), работающего на газообразном топливе кислород и метан. Проведено моделирование процессов смешения и горения этого газообразного топлива в стационарной постановке в условиях камеры РДМТ для разных схем смешения, в результате которого определена оптимальная схема смешения компонентов топлива. Такой выбор был основан на эпюрах распределения температур и значениях удельного импульса РДМТ, полученных с учетом влияния высокотемпературного потока на стенку камеры. Для моделирования горения была использована модель тонкого фронта пламени FLAMELET совместно с кинетическим механизмом горения GRI Mech 3.0.50, включающим в себя 50 компонентов, участвующих в 309 элементарных реакциях.
EDN HOFFCE
Литература
[1] Федотова К.В., Ковалев К.Е., Ворожеева О.А. Численное моделирование горения в камере модельного ракетного двигателя малой тяги на газообразных компонентах кислород — метан. Инженерный журнал: наука и инновации, 2023, вып. 7, 13 с. DOI: 10.18698/2308-6033-2023-7-2292 (дата обращения: 21.01.2025).
[2] Ковалев К.Е., Федотова К.В., Ворожеева О.А. Расчетное исследование эффективности системы подачи компонентов в модельном ракетном двигателе малой тяги на кислород-метане. Инженерный журнал: наука и инновации, 2022, вып. 10, 13 с. DOI: 10.18698/2308-6033-2022-10-2217 (дата обращения: 21.01.2025).
[3] Рыжков В.В., Морозов И.И., Лапшин Е.А. Компьютерное проектирование ракетных двигателей малой тяги с использованием базы знаний в предметной области и CAЕ/CAD систем. Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2019, т. 18, № 4, с. 106–116.
[4] Кутуев Р.Х., Лебедев И.Н. Салич В.Л. Разработка перспективных РДМТ на экологически чистых компонентах. Вестник СГАУ, 2009, спец. выпуск № 3–3 (19), с. 101–109.
[5] Агеенко Ю.И., Лапшин Е.А., Морозов И.И., Пегин И.В., Рыжков В.В. Некоторые результаты экспериментального исследования параметров ракетных двигателей малой тяги на газообразном кислород-водородном топливе. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, 2014, т. 13, № 5–3: спец. вып., с. 35–45. https://doi.org/10.18287/1998-6629-2014-0-5-3(47)-35-45
[6] Градов В.Н., Рыжков В.В. Ракетный двигатель малой тяги на газообразных водороде и кислороде с центробежными форсунками. Пат. № 2628143, Российская Федерация, 2017, бюл. № 23, 7 с.
[7] Градов В.Н., Рыжков В.В. Ракетный двигатель малой тяги на газообразных водороде и кислороде с центробежной и струйными форсунками. Пат. № 2626189, Российская Федерация, 2017, бюл. № 21, 7 с.
[8] Градов В.Н., Рыжков В.В. Ракетный двигатель малой тяги на газообразных водороде и кислороде со щелевой форсункой. Пат. № 2624419, Российская Федерация, 2017, бюл. № 19, 7 с.
[9] Гуляев Ю.И., Градов В.Н., Рыжков В.В. Ракетный двигатель малой тяги на газообразном водороде и кислороде с форсунками типа струя в сносящем потоке. Пат. № 2641785, Российская Федерация, 2018, бюл. № 3, 6 с.
[10] Градов В.Н., Рыжков В.В. Ракетный двигатель малой тяги (РДМТ) с многокаскадной камерой сгорания на газообразных водороде и кислороде. Пат. № 2615883, Российская Федерация, 2017, бюл. № 11, 8 с.
[11] Гуляев Ю.И., Рыжков В.В., Градов В.Н. Водород-кислородный ракетный двигатель малой тяги. Пат. № 2623610, Российская Федерация, 2017, бюл. № 19, 6 с.
[12] Гуляев Ю.И., Рыжков В.В., Градов В.Н. Ракетный двигатель малой тяги на газообразном водороде и кислороде с предварительным смешением компонентов в смесительной головке. Пат. № 2648040, Российская Федерация, 2018, бюл. № 9, 8 с.
[13] Салич В.Л. Камера ракетного двигателя малой тяги. Пат. № 125632, Российская Федерация, 2013, бюл. № 7, 11 с.
[14] Салич В.Л. Проектирование камеры кислород-водородного ракетного двигателя тягой 100 Н на основе численного моделирования внутрикамерных процессов. Вестник УГАТУ, 2014, т. 18, № 4 (65), с. 20–26.
[15] Салич В.Л. Численное моделирование смесеобразования и горения в камере кислород-водородного ракетного двигателя тягой 100 Н в процессе проектирования. Параллельные вычислительные технологии: труды международной научной конференции. Министерство науки и высшего образования РФ. Суперкомпьютерный консорциум университетов России. Ростов-на-Дону, 1–3 апреля 2014. Челябинск, Издательский центр ЮУрГУ, 2014, с. 309–318.
[16] Салич В.Л. Численное исследование рабочего процесса в камере ракетного двигателя малой тяги на кислород-водородном топливе. Вычислительные методы и программирование, 2015, т. 16, с. 187–195.
[17] Ваулин С.Д., Салич В.Л. Моделирование внутрикамерных процессов в кислород-водородном ракетном двигателе малой тяги. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, 2014, № 5 (47), ч. 4, с. 121–130.
[18] Салич В.Л. Экспериментальные исследования по созданию кислород-водородного ракетного двигателя тягой 100 Н. Наука и технологии. Материалы XXXIV Всероссийской конференции, посвященной 90-летию со дня рождения академика В.П. Макеева. Москва, Изд-во РАН, 2014, т. 2, с. 45–52.
[19] ANSYS Fluent User’s Guide. Canonsburg, PA, ANSYS, Inc., 2021. 1070 p.
[20] Рыжков В.В., Морозов И.И. К вопросу выбора схемы смесеобразования ракетных двигателей малой тяги на газообразном кислород-водородном топливе. Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2018, т. 17, № 3, с. 103–115.
[21] What’s new in GRI-Mech 3.0. URL: http://combustion.berkeley.edu/gri-mech/index.html (дата обращения: 02.08.2024).