Энергоэффективность многосоплового РДТТ с некруглыми соплами

• Автор: Кочетков, Андрей Олегович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 113 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Основные обозначения
Индексы
Глава 1. Энергетические характеристики ракетных двигателей на
твердом топливе и методы их оптимизации
1.1. Основные направления повышения энергоэффективности
ракет
1.2. Сопла РДТТ
1.3. Виды потерь удельного импульса тяги
1.4. Методы профилирования сопел
1.5. Численное моделирование течения двухфазных смесей в
соплах
1.6. Преимущества и недостатки многосопловых блоков
1.7. Области применения многосопловых блоков
1.8. Задачи исследования
Г лава 2. Методы исследований
2.1. Метод профилирования сверхзвуковой части многосоплового блока с некруглыми соплами
2.2. Метод оценки потерь суммарного импульса тяги многосоплового блока с некруглыми соплами
2.3. Метод численного моделирования движения частиц конденсированной фазы в некруглом сопле
2.4. Оборудование для огневых стендовых испытаний
Глава 3. Многосопловой РДТТ с некруглыми соплами
3.1. Профилирование много соплового блока с некруглыми соплами
3.2. Граничные условия и расчетная сетка

3.3. Тестирование метода моделирования на осесимметричном сопле
3.4. Численное моделирование течений в многосопловом блоке с некруглыми соплами
3.5. Оценка эффективности многосопловой схемы ускорителя с некруглыми соплами
3.6. Экспериментальная проверка многосоплового блока РДТТ с
некруглыми соплами
3.7. Рекомендации по проектированию многосоплового блока РДТТ с некруглыми соплами
Заключение
Литература
Приложение А

ВВЕДЕНИЕ
Задачей проектирования стартового ускорителя ракет часто является обеспечение максимального суммарного импульса тяги при ограниченных габаритах двигателя. При ограниченной общей длине ускорителя в многосопловой схеме достигается сокращение длины соплового блока и увеличение объема камеры сгорания. При этом относительное увеличение массы топлива многократно превышает дополнительные потери удельного импульса тяги в многосопловой схеме.
Стартовые ускорители ракет обычно работают с недорасширением продуктов сгорания в сопле. Именно уменьшение реализуемой степени расширения сопла является основной причиной снижения удельного импульса тяги в классическом многосопловом блоке, состоящем из нескольких круглых сопел. Для повышения степени расширения целесообразно использовать сопла с некруглыми сечениями на срезе, которые бы плотно компоновались в общий блок в пределах располагаемого миделя ракеты. Этому условию отвечают сопла, имеющие на срезе форму кольцевого сектора со скругленными углами. Однако в настоящее время нет отработанных методов профилирования некруглых сопел и оценки потерь удельного импульса тяги в них.
Цель работы — повышение энергоэффективности стартовых ускорителей ракет при жестких габаритных ограничениях.
Работа выполнена на кафедре спецдвигателей ИАНТЭ Казанского государственного технического университета (КАИ) им. А.Н.Туполева и в ОАО «Казанское ОКБ «Союз».
Научная новизна:
1. Разработан и апробирован на модельном двигателе метод профилирования многосоплового блока РДТТ с некруглыми соплами и оценки потерь импульса в нем для двухфазных продуктов сгорания.
2. На базе моделирования движения конденсата в некруглом сопле с различной степенью расширения и степенью некруглости определены области

неравномерного разгара в процессе работы ракетных двигателей на твердом топливе [93];
3) в традиционной многосопловой схеме с набором круглых сопел невозможно эффективно использовать значительную часть миделя для увеличения степени расширения сопла. Уменьшение реализуемой степени расширения сопла является основной причиной снижения удельного импульса тяги в классическом многосопловом блоке, состоящем из нескольких круглых сопел.
1.7. Области применения многосопловых блоков
Следует отметить, что в настоящее время имеется большое количество удачных применений многосопловой схемы в ракетных двигателях на твердом топливе различного назначения. Например, она была применена в системах «мягкой» посадки различных космических систем. На рис. 1.1 приведены схемы используемых много сопловых блоков [93].

Рис.1.1. Схемы многосопловых блоков: а) сопловой блок системы «мягкой» посадки «Союз», б) сопловой блок системы «мягкой» посадки «Восход»