Математическое моделирование взаимодействия внутриструйных газовых рулей с двухфазным газовым потоком

• Автор: Столбовской, Виктор Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 133 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКАЯ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕЧЕНИЯ ДВУХФАЗНОГО ГАЗОВОГО ПОТОКА.

1.1. Особенности функционирования газового руля в высокотемпературном двухфазном потоке продуктов сгорания
1.2. Особенности сопряженного расчета газовой динамики, тепломассообмена и уноса материала ГР

1.3. Математическая модель движения двухфазного потока продуктов сгорания

1.4. Постановка граничных условий.

1.5. Особенности моделирования турбулентного движения.

1.6. Теплообмен на поверхности ГР.

1.6.1. Тепловой поток от кфазы.

1.6.2. Теплота химических реакций.

1.7. Модель теплопроводности
1.8. Модель уноса материала ГР под воздействием высокотемпературного двухфазного потока продуктов сгорания.
Выводы по главе 1.
ГЛАВА 2. ЧИСЛЕННАЯ МОДЕЛЬ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАБОТЕ ГАЗОВЫХ РУЛЕЙ
2.1. Обзор методов расчета газодинамических процессов.
2.2. Постановка численного решения газодинамических процессов.
2.3. Постановка численного решения задачи нестационарной теплопроводности
2.4. Численная модель сопряжения газодинамической и теплофизической задач.
2.5. Блок схема рассматриваемых процессов.
Выводы по главе 2.
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГАЗОВОГО ПОТОКА С ГР
3.1. Общая методика расчта.
3.2. Программный комплекс.
3.2.1. Модуль дискретизации области.
3.2.2. Модуль расчета физикогазодинамичсских процессов.
3.3. Обоснование достоверности и практической точности предлагаемых алгоритмов
3.3.1. Проверка точности моделирования процессов теплопередачи
3.3.2. Проверка точности моделирования течения двухфазных потоков.
3.3.3. Проверка точности моделирования газодинамических процессов.
3.4. Постановка численного эксперимента.
3.4.1. Определение параметров потока продуктов сгорания перед газовым рулем.
3.4.2. Математическое моделирование обтекания газовым потоком газовых рулей.
Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОГО ПРОГРАММНОМЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА К РЕШЕНИЮ РЯДА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ.
4.1. Исследование влияния формы газового руля в поперечном сечении на величину потерь тяги
4.2. Исследование влияния формы дзового руля на величину потерь тяги в процессе работы двигателя.
4.3. Исследование влияния конструктивных параметров газового руля и угла его поворота на потери тяги и управляющие усилия
4.4. Математическое моделирование обтекания газовым потоком газовых рулей при различных положениях блока газовых рулей относительно среза сопла.
4.5. Определение моментносиловых характеристик при функционировании газового руля с учетом прогрева материала ГР
4.6. Изменение силовых характеристик при функционировании газового руля с учетом эрозии материала.
Выводы по главе 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Одним из наиболее распространенных способов создания боковых усилий и вращательных моментов является отклонение вектора тяги двигателя с помощью газовых рулей, что объясняется их более простой конструкцией по сравнению с другими органами управления и умеренными потерями тяги. ЛА за счт собственного двигателя с последующим склонением изделия в направлении стрельбы. Системы управления вектором тяги с использованием ГР устанавливаются на ЛА с относительно малым временем работы 4, практически всех классов и назначений и, наиболее распространены в тех случаях, когда требуются значительные управляющие усилия в течение относительно небольшого времени 3. С помощью газовых рулей можно создавать моменты, пропорциональные управляющим командам. Управление Л А по трем каналам рысканья, тангажа и крена осуществляется с помощью четырех ГР, симметрично расположенных в поперечном сечении проточного тракта двигателя на срезе сопла. Газовый руль устанавливается в кронштейне, размещенном за соплом. Перо газового руля через тарель и вал соединяется с рулевым приводом. В ряде случаях управление газовыми рулями осуществляется с помощью аэродинамических рулей. Газовые рули жестко связанны с качалками, на которых выполнены пазы, обеспечивающие зацепление с аэродинамическими рулями Патент РФ 1, ГК 9, . Среди публикаций, посвященных конструкции блока газовых рулей, следует отметить книгу, вышедшую под редакцией А. С.Коротеева 9, неоднократно издававшиеся книги А. М. Виниикого 2, Б. В. Орлова и Г. Ю. Мазимга 3, 4, монографии И. Х. Фахрутдииова и Колесникова и ряда других авторов. В случае длительной работы ЛА возможен сброс рулей после выполнения ими своей задачи, что позволяет в целом уменьшить его массу. При малых временах управления используют ГР с повышенным уносом, что обеспечивает максимальное управляющее усилие в начальный момент работы и минимальные потери на остальном участке. ГР изготавливают из эрозионностойких материалов ЭСМ на основе сплавов тугоплавких металлов и углеродуглеродных композиционных материалов, обладающих высокой прочностью и минимальными скоростями эрозионного разрушения в высокотемпературных двухфазных сверхзвуковых потоках продуктов сгорания. Если время работы двигателя невелико или время, в течение которого управление Л А осуществляется с помощью ГР, могут использоваться конструкционные углепластики или стеклопластики. Сведения о материалах, применяемых для изготовления ГР, можно найти в работах 4, 8. Размещенный внутри сопла или вблизи его выходного сечения газовый руль является препятствием в потоке и взаимодействует с высокотемпературным двухфазным потоком, что приводит к возникновению сложной системы скачков уплотнения и отрывных зон, перераспределению давления на поверхности сопла и появлению боковой управляющей силы. Газовый поток взаимодействует не только с газовым рулем, но и с конструкцией соплового блока. Во многих случаях только опытная проверка позволяет выявить опасные зоны взаимодействия газового руля с соплом . Локальные значения тепловых потоков в этих зонах могут в 5 раз превышать интегральные значения. При использовании не уносимых передних кромок из тугоплавких материалов подобные зоны образуются перед носком ГР. В случае интенсивно уносимых передних кромок перед осью руля. При длительной работе ГР опасной зоной может оказаться зазор между ГР и соплом. Несмотря на относительно малые размеры зон, они представляют серьезную опасность, так как могут привести к нарушению работоспособности конструкции. Особенно опасны режимы работы ГР с углами отклонения, близкими к нулевым. Для ослабления илиполного устранения подобных эффектов ГР следует вынести из сопла, либо предпринять специальные меры защиты установка защитного уступа перед носиком руля, заглубление ГР в теплозащитный материал раструба сопла и др. Измененная форма факела продуктов сгорания может оказывать влияние также на элементы комплекса. Так, например, при запуске изделия из транспортнопускового контейнера ГПК возможны прогары контейнера, что приводит к невозможности его повторного использования.