Расчетно-экспериментальное исследование течения совершенного газа в резонаторе пульсирующего детонационного двигателя

• Автор: Ларионов, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Содержание
Введение
Определения, обозначения и сокращения
Глава 1 Обзор и анализ выполненных работ по проблеме создания пульсирующих детонационных двигателей (ПуДЦ)
1.1 Обзор экспериментальных и теоретических работ по ПуДД
1.2 Области возможного применения ПуДД
Глава 2 Обзор исследований по термодинамическому анализу и основным физическим принципам организации рабочего процесса ПуДД исследуемого типа
2.1 Цикл детонационного сгорания топлива (ДСТ) с предварительным повышением давления воздуха. Термический КПД и работа цикла ДСТ
2.2 Сравнение цикла ДСТ с циклами Брайтона и Гемфри
2.3 Расчет тягово-экономических характеристик ПуДД
2.4 Физическая картина рабочего процесса и облик моделей тяговых модулей (ТМ), созданных для исследований
2.5 Методы предварительной подготовки топливовоздушной смеси к детонационному сгоранию и инициирование детонации в системе ударных волн
2.6 Анализ имеющихся опытных данных по параметрическим исследованиям ТМ ПуДД. Задачи дальнейших экспериментальных исследований
Глава 3 Экспериментальный стенд ЭС-ЗМ для исследования моделей тягового модуля высокочастотного ПуДД
3.1 Энергетическая установка экспериментального стенда ЭС-ЗМ
3.2 Экспериментальный стенд ЭС-ЗМ

3.3 Системы измерения параметров, способы их тарировки и компьютерной обработки данных испытаний
Глава 4 Экспериментальные исследования тягового модуля пульсирующего детонационного двигателя без сжигания топлива в резонаторе и анализ полученных результатов
4.1 Конструктивные особенности модели тягового модуля ПуДД и способ установки на испытательном стенде
4.2 Анализ результатов испытаний высокочастотного резонатора на холодном воздухе (без сжигания в нём топлива). Оптимизация по величине относительной площади кольцевого сопла
4.3 Экспериментальные исследования с эжекторным усилителем тяги без сжигания топлива в резонаторе
Глава 5 Математическое моделирование рабочего процесса в резонаторе ТМ ПуДД
5.1 Методика расчета течения газового потока в резонаторе ТМ ПуДД
5.2 Анализ результатов моделирования газодинамического процесса в резонаторе ТМ ПуДД
5.3 Расчетная оценка возможности организации совместной работы резонаторов ТМ ПуДД
Основные результаты и выводы
Библиографический список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ
Современные тенденции развития двигателестроения обуславливают создание двигательных установок с максимальными, предельно допустимыми рабочими параметрами, поэтому исследование перспективных силовых установок (СУ) как традиционных, так и альтернативных схем, работающих на различных принципах получения тяги, является в настоящее время весьма актуальным. В последние годы во многих промышленно-развитых странах (Россия, США, Франция, Япония и др.) возрос интерес к вопросу исследования и возможности применения силовых установок для летательных аппаратов, в основе которых использовались бы пульсирующие детонационные двигатели (ПуДД). Возможность создания ПуДД со сгоранием топлива в детонационной волне при постоянном объеме и высоких степенях повышения давления, недостижимых для традиционных ГТД, является крайне привлекательной, но в то же время сложной, с точки зрения технической реализации, задачей.
Среди ключевых проблем, решение которых может иметь определяющее значение при создании подобных ПуДД, центральное место занимают:
- вопросы смесеобразования и предварительной подготовки экзотермически активной топливовоздушной смеси;
- возможность осуществления самовоспламенения топливовоздушной смеси и организации высокочастотного детонационного сгорания этой смеси при высокой полноте сгорания;
- разработка математических моделей сложных физико-химических процессов, происходящих в отдельных элементах двигателя;
- проведение с использованием этих математических моделей оптимизационных исследований геометрических и газодинамических параметров отдельных элементов ПуДД;
- экспериментальная отработка элементов ПуДД.

Формулы для расчета работы цикла (2.1) и термического КПД цикла ДСТ (2.2) выводятся на основе известных из термодинамики соотношений и были представлены выше. Величина д2 в предположении постоянства теплоемкостей газа определяется из условия
Чг ~ср(Д Тх) — срТ{

(2.5)
и как видно, является функцией отношения температур —. Отношение же

температур — можно выразить через отношение удельных объемов ¥4/Ух и
представить в виде:
7±=К Т К
(ул У 4 (а) N
[Уг) [Уг) и,
(2.6)
Процессы 1-2 и 3-4 адиабатические, поэтому для них
ґ Дз.
Р4 ;

Ґ х,к Р

. Но поскольку Р4=РХ, то — Рг) У
Г !/*
2х кРг;
В теории детонационных волн отношения — и — принято представлять

через приведенную скорость А, (при Я, =1) следующим образом:
У3_%+1 У2 2А% ’
Рг _ Л? +1
(2.7)
(2.8)