Введение к работе
Актуальность темы. В ракетной техшяе используются, твердотопливные двигатели (РДТТ) малой тлги для операций разделения ступеней. Как правило, двигатели располагаются около поверхности корпуса ступени. При этом струи РДТТ воздействуют на поверхность и на элементы конструкции, находящиеся в поле течения струи. В продуктах сгорания РДТТ содержится часто значительное количество окислов металлов (типа АІ О ) -в виде твердых частиц микронного размера. Воздействие двухфазного потока на элементы конструкции может привести к увеличению теплового потока в несколько раз по сравнению с воздействием аналогичной чисто газовой струи, а такке к эрозии теплозащитных покрытий. При создании ракетно-космической системы "Энергия"-"Буран" потребовалось провести больной объем экспериментальных и теоретических исследований воздействия двухфазных струй РДТТ отделения первых ступеней на тепловую защиту орбитального корабля.
Для расчета ' параметров газовой и дисперсной фаз а изолированной струе разработаны и применяются численные метода. Однако отсутствуют систематические исследования и обобщения по влиянию различных факторов истечения двухфазной струи на распределение коденсированной фазы . (к-фазы). ,В области взаимодействия струи с близко расположенной поверхностью расчет осложнен наличием до- и сверхзвуковых зон течения. Опубликованы единичные результаты для чисто газовых струй. Представляется,' что в практике инжененерннх расчетов вычислительные трудности мокно обойти, используя приближенные подходы ' для расчета параметров дисперсной фазы.
Изучение теплового воздействия двухфазного потока на тело проведено в ряде экспериментальных работ. Определены два фактора интенсификации теплообмена: увеличение до нескольких раз конвективного теплового потока по сравнению-с обтеканием аналогичным потоком чистого газа и преобразование части кинетической энергии дисперсной фазы, коэффициент аккомодации определяется экспериментальным путем. Для коэффициента увеличения конвективного теплового потока в отдельных случаях получены аппроксимации, удовлетзорящие результатам сзоей группы измерении, но не
илотьетствувдих результатом других вксперимэнтов.
Цель работы. Работе выполнялась с целью разработки кзїодав {почета параметров дисперсной фазы в одиночной и блочной струе РДТТ и метода расчета теплового воздействия двухфазного потока Но алеыенты конструкции КД.
Научная новизна. Получены автомодельные зависимости для распределения параметров дисперсной фазы в двухфазной струе РДТТ.
Разработан метод расчета параметров дисперсной фазы в блочной струе РДТТ.
Предложен метод расчета величины конвективного теплового потока в критической точке тела, обтекаемого двухфазным потоком.
Достоверность представленных ' в работе результатов подтвервдеиа путец сравнения' с расчетными и оксперимзнталышиа данными по распределению к-фазы в одиночной и блочной струях, с експериментальними данными по тепловому шэздеЯстшш двухфаекзз высокоскоростных потоков.
Практическая ценность. Свойства автогдаделыюсти^распределегшя
дисперсной фазы в струе, во-первых, позволяют построить прямой
шгтод расчета параметров к-фази :'э полученным завясішостг^.
Во-вторых, показывают взаимовлияние некоторых характеристик
сопла, струи'' и частиц на распределение к-фази в дальнем поле
течения струи. Поэтому свойства авгешделыгосга могут быть.
использованы при подборе, двигателя, когда нукно обеспечить
еадзкный . уровень потока массы к-фазы и определенном кесте в
струе: при шделировашш а експериментальних устаношеах, при
проектирован КЛ для минимизации потоков к-фазы на елементи
конструкции II f.D„ . . .
Разработашшй метод расчета параметров к-фазы в струе, взаимодействующей с пластиной, позволяет проводить расчети традиционных для РДТТ. компоновок: сопло находится около поверхности аппарата или' взаимодействуют струи - двух - расположенннхрядом двигателей, когда многократно увеличивается плотность потока к-фазы 'и степень ее воздействия на олеиентя конструкции КЛ. .
Метод расчета , коэффициента увеличения конвективного
'теплового потока в критической точке тела при наличии к-фазы в
. набегаюдеи потоке макет быть полезным как при расчете теплового
воздействия двухфазной струи, так и, нагпл.мер, для расчета теплового потока в критической точке телл, движущегося в запыленной атмосфере.
Разработанные методы были применены при анализе результаток экспериментальных исследований течения в струях РДТТ. а также для анализа воздействия струй двигателей отделения на фюзеляж орбитального корабля "Буран" во время совместного полета с РН "Энергия". Апробация работы. Основные результаты работы докладывались
на XXXJV-ХХШГнаучных конференциях МФТИ (I987-.T992 гг),
на XII и XIII отраслевых конференциях молодых специалистови ученых НПО "Энергия" (1990, 1993 гг),
также приведены в 5 отчетах и в 3 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит ш страниц текста и 68 рисунков. Список литературы включает -js наименований» Общий объем работы 155 страниц.