Введение к работе
Актуальность темы. Практика модернизации современных и разработки перспективных РДТТ выдвигает для исследования ряд новых сложных проблем, напрямую связанных с нестационарностью и глубокой нелинейностью, наблюдаемых при его срабатывании, физических явлений и процессов. Во многих случаях эти проблемы становятся непреодолимым или существенным препятствием к дальнейшему совершенствованию энергомассовых, прочностных, эксплуатационных и других характеристик рассматриваемых типов ракетных двигателей.
Как известно, в ряде случаев при выходе на расчётный режим работы в камере сгорания РДТТ возникает интенсивный ударно-волновой процесс. Он характеризуется высокой амплитудой колебаний давления и других газодинамических параметров. Ракетный двигатель в целом и прочно скреплённый с корпусом двигателя заряд ТТ в частности жестко нагружаются. В теле заряда, особенно в канально-щелевой его части, возникают большие деформации и напряжения.
Физико-механические свойства смесевых модифицированных ТТ высокой энергетики, содержащих небольшое количество связующего, таковы, что заряды, изготовленные из таких топлив, имеют малый запас прочности и склонны к разрушению. Особенно это проявляется при динамических нагрузках и (или) предельных отрицательных температурах срабатывания РДТТ. Данный фактор может быть причиной образования трещины в заряде ТТ с последующим прогревом и разрушением корпуса ракетного двигателя.
Для устранения этих нежелательных эффектов необходимо исключить первопричину - снизить интенсивность ударно-волновых процессов в камере сгорания РДТТ.
Цель работы - численное исследование переходных внутрикамерных процессов, протекающих при выходе на расчётный режим работы РДТТ.
Для достижения поставленной цели рассматривается комплексно-сопряжённая задача, включающая в себя: срабатывание ВУ; прогрев, воспламенение и последующее горение заряда ТТ; течение продуктов сгорания в камере сгорания, сопле и за сопловым блоком ракетного двигателя; движение заглушки соплового блока.
Каждая из подзадач рассматривается во взаимосвязи и разрешается одновременно - на одном шаге по времени. Учитываются особенности процесса срабатывания В У, постепенность прогрева, воспламенения, нестационарный и турбулентный режимы горения заряда ТТ, нестационарный гомогенно-гетерогенный ударно-волновой характер течения в камере сгорания сложной пространственной формы и неравномерно ускоренное движение заглушки соплового блока.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана комплексная физико-математическая модель переходных внутрикамерных процессов, протекающих при выходе на расчётный режим работы РДТТ;
разработан комплекс прикладных программ для расчёта на ЭВМ рассматриваемой задачи;
получены результаты численных расчётов, на основании которых разработаны рекомендации по обеспечению оптимального выхода на режим работы РДТТ.
Практическая значимость работы. Разработанный математический аппарат, созданный на его базе комплекс прикладных программ, проведенные методические исследования дают возможность существенно повысить надежность, улучшить энергомассовые, прочностные и эксплуатационные характеристики РДТТ.
Достоверность результатов. Достоверность результатов численного моделирования подтверждена как специальными теоретическими исследованиями (анализом устойчивости решения, оценкой точности и сходимости расчета на различных сетках и др.), так и хорошим соответствием данным натурных стендовых испытаний РДТТ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на: - X Всероссийской научно - технической конференции «Аэрокосмическая техника и высокие технологии» (Пермь, ПГТУ, 2007); - IV Научно-практической конференции молодых специалистов (Пермь, ФКП
«Пермский пороховой завод», 2008)*; - XI, XII Всероссийских научно -технических конференциях «Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации» (Пермь, ПГТУ, 2008, 2009); - Юбилейной конференции молодых специалистов и учёных (Пермь, ФГУП «НИИПМ», 2010)*; - XXII юбилейном семинаре с международным участием «Струйные, отрывные и нестационарные течения» (Санкт-Петербург, БГТУ-СПбГУ, 2010); - Юбилейной конференции с международным участием «Чтения по прикладным наукам» (Москва, 2010); -семинаре кафедры «Математическое моделирование систем и процессов» (Пермь, ПГТУ, 2010г.).
Работа была представлена на конкурсах: - Отраслевой конкурс молодых учёных и специалистов (Москва, ФГУП «ФЦДТ «Союз», 2009)*; - II Всероссийский конкурс молодых учёных (Миасс, МСНТ, 2010)*. [* работа отмечена премией]
Основные результаты работы по кандидатской диссертации отражены в публикациях [1-11].
Личный вклад автора - разработка (совместно с научным руководителем) комплексной физико-математической модели, разработка пакета прикладных программ, проведение вычислений, анализ расчётной информации.
Использование результатов. Результаты работы используются при проектировании РДТТ в ФГУП «НИИ полимерных материалов» г. Пермь.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов по работе, списка цитированной литературы и приложения. Объем диссертации составляет 162 страницы и содержит 35 рисунков (в том числе растровые цветные изображения), список цитированной литературы из 218 наименований.
