Газодинамические процессы в несимметричных сопловых блоках

• Автор: Миронов, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 153 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
Г лава 1 Математические модели нестационарных газодинамических процессов в каналах и соплах
1.1 Геометрия каналов и сопловых блоков ракетных двигателей
1.2 Модели течения продуктов сгорания в каналах ракетных двигателей
и сопловых блоках
1.3 Осесимметричная модель газодинамических процессов в каналах
и соплах ракетных двигателей
1.4 Модели течений в несимметричных областях
1.5 Линеаризованные модели течений в несимметричных областях
Выводы по главе
Г лава 2 Методы решения задач газовой динамики
о течениях в каналах ракетных двигателей
2.1 Описание геометрии расчетной области
и способов разбиения расчетной области на элементарные объемы
2.2 Особенности реализации метода С.К. Годунова
в задачах о течениях в каналах и соплах
2.3 Особенности реализации алгоритмов метода крупных частиц
в задачах о течениях в каналах и соплах
2.4 Методы решения линеаризованных пространственных задач
о течениях в сопловом блоке
2.5 Программная реализация вычислительных алгоритмов
2.6 Тестирование вычислительных алгоритмов
Выводы по главе

Глава 3 Газодинамические процессы в управляющих сопловых блоках
3.1 Несимметричные каналы и сопла в ракетной технике
3.2 Математические модели и методы определения управляющих сил
в несимметричных соплах
3.3 Особенности течения в несимметричных и кососрезанных сверхзвуковых сопловых блоках
3.3.1 Течение газа в кососрезанном сопловом блоке
3.3.2 Течение газа в сопле с изменяемой площадью критического сечения
и косым срезом раструба
3.4 О возможности применения геометрического подобия
при расчете сопловых блоков различных размеров
Выводы по главе
Глава 4 Процессы в телескопических и разрезных управляющих соплах
4.1 Конструктивные схемы, принцип действия
и применение телескопических сопел
4.2 Методика расчета течений в раздвижных соплах
в пространственной постановке
4.3 Исследование влияния возможных перекосов
на процессы в телескопических соплах
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы.
Несимметричные газодинамические течения встречаются во многих технических системах, в частности в ракетных двигателях (в дальнейшем - РД). В газоходах, патрубках и соплах РД часто, в силу конструктивных особенностей летательного аппарата, возникают несимметричные течения. Несимметричность течения газа в каналах и сопловых блоках может оказать влияние на характеристики летательного аппарата в целом. Характер течения и влияние несимметричности течения на характеристики летательного аппарата могут быть определены экспериментально или в результате математического моделирования газодинамических процессов. При этом актуально изучение как газодинамических процессов и особенностей структуры потока, так и создаваемых таким потоком управляющих сил. Также актуальными являются вопросы, связанные с выбором математических моделей течений в газоходах и соплах, учитывающих изменение расчетной области, влияние формы входа, особенностей геометрии канала, формы среза сопловых блоков и т.п. Кроме того, актуальными представляются вопросы, связанные с методами расчёта сил и моментов, возникающих при применении несимметричных каналов и сопел в ракетной технике.
Исследованию газодинамических процессов посвящено множество работ [3,22, 27, 35,60, 70, 79, 94, 96,107, 109] и другие.
Численными исследованиями газодинамических процессов в каналах и соплах ракетных двигателей занимались многие российские и зарубежные учёные. Разнообразные физико-химические процессы, характерные для течений газа в соплах: диссоциация и рекомбинация, релаксация колебательных степеней свободы, двухфазные процессы с фазовыми превращениями, такими как неравновесная конденсация и кристаллизация рассматривали У. Г. Пирумов и Г. С. Росляков [71, 73]. Кроме того, ими проведен ряд экспериментов связанных с

уравнения упрощаются. Полностью ортогональную систему координат удаётся получить лишь при сравнительно простой расчетной области. Также при построении ортогональных сеток возникает проблема, связанная с сильным уменьшением размера ячеек расчётной сетки вблизи границ со значительным изменением геометрии. Кроме того, затруднено построение ортогональной сетки в трёхмерном случае. В связи с этим возможно применение сеток близких к ортогональным. Строить такие сетки значительно проще, они обеспечивают приемлемую точность решения и шаг численного алгоритма по времени. Как показано в [92], применение таких сеток позволяет избавиться от ошибок, связанных с деформацией сетки.
Построение такой сетки, в соответствии с работой [92], выполняется следующим образом. В расчётной области по известным координатам линии ук изначально строится семейство линий V, в результате разбиения расчётной области на п участков в направлении х и разбиении каждого расстояния на координате х, на т участков в направлении у, в соответствии с рисунком 2.3.
Рисунок 2.3 - Семейство линий V
Далее на одной из противоположных границ задаётся распределение точек М(ц, у). В точке М(^ЬУ1) проводится нормаль к линии у,- до пересечения с линией V,•+/, в соответствии с рисунком 2.4. Из полученной точки на линии у,-+/ проводится нормаль к этой линии (штриховая линия на рисунке 2.4) до пересечения с линией