Газодинамика горения в открытом потоке и каналах переменной геометрии

• Автор: Забайкин, Василий Алексеевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 260 с. : ил.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 23 стр. § 1. Параметры и особенности экспериментальной установки - стенда
сверхзвукового горения
§ 2. Методы измерений в сверхзвуковых реагирующих потоках .... 46 стр. Выводы по главе
Глава 2.
ГОРЕНИЕ В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ И ВОПРОСЫ УПРАВЛЕНИЯ
ПЛАМЕНЕМ В СВЕРХЗВУКОВОМ ПОТОКЕ
§ 1. Влияние волновой структуры на горение водорода
§ 1-1. “Перескоки” пламени (эффекты, связанные с “газодинамическим”
воспламенением и стабилизацией)
§ 1-2. Влияние газодинамики потока на смешение
§ 2. Эффективность горения водорода в сверхзвуковом потоке воздуха при
различных способах инжекции
§ 2-1. Конструкции инжекторов
§ 3. Динамика развития пламени
§ 3 -1. Структура зон горения
§ 3-2. Развитие зон горения
§ 3-3. Связь времени экспозиции с наблюдаемой структурой
§ 3-4. Скорость движения вихрей
Выводы по главе
Глава 3.
ОРГАНИЗАЦИЯ ЭФФЕКТИВНОГО И УПРАВЛЯЕМОГО ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ В КАНАЛЕ
Проблемы организации горения в канале
§ 1. Необходимость учета волновой структуры в каналах и некоторые
физические аналогии
§ 1-1. Сверхзвуковой диффузионный факел и недосжатая детонационная волна
§ 1-2. Детонация и воспламенение
§ 1-3. Структура сверхзвуковых нерасчетных струй и псевдоскачок
Газодинамическая структура - в каналах
Г азодинамическая структура - в открытом пространстве
Аналогия и различия
§ 2. Эксперименты в цилиндрической камере сгорания постоянного сечения
и анализ результатов экспериментов
§ 2-1. Одномерный анализ и сравнение различных режимов горения

§ 3. Организация горения в расширяющихся каналах
§ 3-1. Предварительный анализ
§ 3-2. Газодинамическое воздействие на процесс горения в канале
§ 3-3. Промежуточные выводы
§ 3-4. Каналы реальных конфигураций и масштабов
§ 3-5. Полуоткрытые каналы
§ 3-6. Реализация различных режимов горения при одинаковых начальных
параметрах потока
Выводы по главе
Глава 4.
КИНЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА РЕАГИРУЮЩИЙ ПОТОК И ОСОБЕННОСТИ ГОРЕНИЯ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ . . 187 стр. § 1. Управление процессом горения при кинетическом воздействии . 188 стр. § 1-1. Необходимые уточнения по кинетическому воздействию на процесс
горения
§ 2. Особенности горения в области высоких начальных температур 203 стр. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ Одномерная (инженерная) методика расчета геометрии и параметров камеры сгорания ГПВРД
ВВЕДЕНИЕ

Горение в сверхзвуковом потоке, как самостоятельное направление исследований, впервые наиболее отчетливо проявилось со стороны авиации в конце 50-х годов и пережило первый всплеск значительного интереса в последующее десятилетие. Хронологически это совпадает с периодом после изучения и началом практического применения прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Вершиной данных работ на то время можно считать проект крылатой ракеты “Буря” - фотография справа, воплощенный в реальную конструкцию —
стратегическую крылатую ракету, имевшую скорость горизонтального полета М=3,1 при реально достигнутой в испытаниях дальности 6500 км. На второй (маршевой) ступени использовался ПВРД РД-012У тягой 7,75 т конструкции М.М. Бондарюка. В наземных испытаниях двигатель непрерывно работал в течение 6 ч, его тяга доводилась до 12,9 т. После данного этапа закономерно возник вопрос об увеличении скорости полета свыше 3-4 скоростей звука при использовании двигателей прямоточной схемы. При этом из-за термодинамических проблем потребовался качественный скачок. Принципиальные ограничения ПВРД связаны со слишком большим увеличением температуры при росте полетного числа Мп. В самом деле, из-за торможения потока воздуха до дозвуковой скорости температура в камере сгорания (КС) достигает температуры сгорания топлива, т.е. тепловыделение не приведет к увеличению тяги. Начинают проявляться эффекты диссоциации; велики потери полного давления (при торможении потока от Мп до М<1). В дополнение к этому очень значительной становится проблема охлаждения двигателя.
Переход на другой уровень решения проблемы обеспечила идея умеренного торможения воздушного потока с сохранением сверхзвуковой

О 200 400 600 800 1,А
Рис. 1-5. Зависимость удельной эрозии медного катода от силы тока при атмосферном давлении. 1,2 - диаметр катодной камеры 0,05 и 0,06 м соответственно [103] (данные прямых измерения на стенде 2-1).
0 2 4 6 8 Р-Ю'^Па
Рис. 1-6. Зависимость величины удельной эрозии от давления. 1 - /= 650 А; 2 -1= 1500 А; 3 -/= 1570 А; 4-1= 1450 А; 5-/ = 1400 А. 1,2 - = 69 г/с;
3 - С?1,2 = 85 г/с; 4 - £1,2 = 90 г/с; 5 - бщ = 105 г/с.
Эрозия анодов в плазмотронах с медными цилиндрическими электродами существенно ниже, чем катодов [108]. Опыт эксплуатации плазмотрона на стенде сверхзвукового горения подтвердил этот факт: