CC BY
9Двигатели, энергетические установку и системы жизнеобеспечения летательныхI аппаратов
УДК 669.713.7
В. О. Фальков, А. А. Зуев, В. П. Назаров, Е. В. Шлоссер
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ С ТЕПЛООТДАЧЕЙ В АГРЕГАТАХ СИСТЕМ ПОДАЧИ
Спроектирован и изготовлен экспериментальный стенд с двумя экспериментальными участками, позволяющий провести исследования теплоотдачи прямолинейного равномерного и вращательного течения. Рассчитана погрешность расхождения экспериментальных результатов с теоретическими.
Существующие на сегодняшний день методики расчета течения потока с теплоотдачей в агрегатах систем подачи носят эмпирический характер и основаны на обработке экспериментальных результатов, что не всегда обеспечивает требуемую точность расчета и широкий диапазон изменения гидродинамических и геометрических параметров. Необходимость экспериментально-теоретического уточнения расчетных методик является актуальной задачей, которая позволит существенно снизить материальные и временные затраты на эскизное проектирование, испытания и доводку современных образцов агрегатов систем подачи.
С этой целью разработан и изготовлен экспериментальный стенд, предназначенный для поддержания и обеспечения требуемых режимных параметров, подготовки рабочего тела для экспериментальных установок, подвода и отвода требуемых расходов рабочего тела и охлаждающей жидкости.
Для обеспечения требуемых стабильных расходных параметров (постоянного и равномерного расхода), рабочее тело из стенда высокого давления поступает в бак надува воздуха. Из бака поступает на станцию измерения температуры, затем в генератор горячего воздуха. Из генератора горячего воздуха рабочее тело поступает на станцию измерения температуры и на станцию измерения давления, далее попадает в экспериментальную установку. После выхода из экспериментальной установки поступает на станцию измерения давления и на станцию измерения температуры, после чего выбрасывается в атмосферу.
Генератор горячего воздуха представляет собой стальной кожух с размещенным в нем нагревательным элементом, выполненным из нихромовой проволоки 0 1, 2 мм, сопротивлением 9, 5 Ом. Нагревательный элемент навит на асбестовый каркас, термически и электрически изолирован с помощью асбестовой трубы от стального кожуха.
Измерения температур рабочего тела и охлаждающей жидкости производилось с помощью платиновых термометров сопротивления ТП-198-0. В качестве вторичного прибора использовался прецизионный преобразователь сигналов термопар и термометров сопротивления «Теркон» 12, соединенный с компьютером 48. Для расширения измеряемых каналов использовался внешний коммутатор «Теркон-К» 49, позволяющий расширить число измеряемых каналов до 16.
Прецизионный преобразователь сигналов термометров сопротивления и термопар «Теркон» предназначен для измерения величины сопротивления и осуществляет свою работу путем сравнения с внутренним эталоном при протекании тока питания через измеряемое сопротивление и эталон.
Встроенный микропроцессор пересчитывает значение цифрового кода, пропорционального измеренному сопротивлению, в значения температур. В результате измерений параметры температур отображаются на цифровом табло, а также фиксируются с помощью программного обеспечения на компьютере в виде табличных данных и графических зависимостей.
Эксперимент проводился следующим образом. Собиралась экспериментальная установка, монтировалась на экспериментальный стенд. Устанавливались и подключались средства измерения. После этого проводился непосредственно эксперимент. Устанавливался необходимый расход рабочего тела через экспериментальный участок, подавалась охлаждающая жидкость в теплообменный аппарат экспериментальной установки, затем включался генератор горячего воздуха. При достижении стационарного режима (достижении установившихся значений температур рабочего тела, охлаждающей жидкости и их расходов, а также контроля теплового баланса), проводилась регистрация основных параметров: температур рабочего тела на входе и выходе из экспериментальной установки, расхода рабочего тела и охлаждающей жидкости, давления рабочего тела на входе и выходе из экспериментального участка. После этого установка переводилась на следующий режим. На каждой из экспериментальных установок на каждом режиме снято около 40 экспериментальных точек в следующих диапазонах изменения рабочих параметров: температура рабочего тела на входе в экспериментальный участок 50...170 °С, объемный расход рабочего тела от 0, 83-10-3 до 8,3-10-3 м3/с, объемный расход охлаждающей жидкости 8,3-Ш-6 м3/с.
На установке исследуется два экспериментальных участка:
- гладкая труба - предназначена для исследования теплоотдачи прямолинейного равномерного потока;
- труба с винтовой вставкой - предназначена для исследования теплоотдачи при вращательном течении по закону «твердого тела» и интенсификации теплообмена во вращательном течении.
Решетневские чтения
Нагретое рабочее тело подается через внутреннюю трубу, в кольцевом зазоре рубашки охлаждающего тракта протекает охлаждающая жидкость. В теплообменнике применяется схема «противоток», что дает возможность отводить от нагретого воздуха большее количество тепла.
В результате расчетов видно, что расхождение теоретических результатов с экспериментальными не превышает погрешности 5 %.
В результате работы выбрана и обоснована методика проведения экспериментальных исследований течения с теплоотдачей в агрегатах систем подачи,
позволяющая с требуемой точностью провести экспериментальное исследование. Спроектирован и изготовлен экспериментальный стенд с двумя экспериментальными участками, позволяющий провести исследования теплоотдачи. Обработаны экспериментальные данные и сверены с теоретическими, в результате чего выявлена погрешность их расхождения.
В данный момент ведется подготовка исследований с другими экспериментальными участками, актуальность которых заключается в исследовании течения с теплоотдачей в различных элементах ракетных двигателей.
V. O. Falkov, A. A. Zuev, V. P. Nazarov, E. V. Shlosser Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
EXPERIMENTAL RESEARCHES OF THE CURRENT WITH HEAT TRANSFER IN UNITS OF FEEDING SYSTEMS
The experimental stand, allowing conducting researches of heat transfer of a rectilinear, uniform and rotary current, with two experimental parts is designed and made. The error of divergence of experimental results with theoretical ones is calculated.
© Фальков В. О., Зуев А. А., Назаров В. П., Шлоссер Е. В., 2010
УДК 669.713.7
О. В. Филонин
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (Национальный исследовательский университет), Россия, Самара
С. С. Валицкий ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс», Россия, Самара
МЕТОД 3D МАЛОРАКУРСНОГО ТОМОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ НА ОСНОВЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
Для исследования физических процессов, протекающих в ракетных двигателях на твердом топливе, предлагается использовать метод малоракурсной 3D томографической реконструкции. С помощью комбинированного рентгеновского и оптического метода возможно исследование как твердотопливного заряда и элементов конструкции двигателя, так и газодинамических процессов в камере сгорания.
Несмотря на отработанные технологии производства ракетных двигателей на основе твердых топлив (РДТТ) остаются малоизученными процессы горения происходящие в КС РДТТ. Повышение энергомассовых характеристик вынуждает ученых и инженеров к более детальному анализу динамики рабочих процессов РД. Склонность данного типа ракетных двигателей к различным нестационарным процессам в камере сгорания осложняет конструирование двигателей с высоким удельным импульсом. Для описания и расчета различных физических процессов в КС созданы сложные математические модели, достаточно точно отражающие их суть. Расчеты динамических режимов, различных нестационарных процессов сложны из-за большого количества факторов, влияющих на устойчивость процессов горения, процесс истечения продуктов горения, режимы с изменением тяги, процесс воспламенения заряда и выхода РД на режим, акустические процессы в КС и т. п. В области изучения этих процессов еще достаточно много пробелов, и
часто ни моделирование, ни лабораторные и стендовые испытания РД не в состоянии дать исчерпывающий ответ о происходящих в нем процессах.
Предлагаемый метод совмещенного рентгеновского и оптического томографического исследования может значительно расширить представление о процессах, происходящих в КС РДТТ. Предлагается применение исследовательской установки на основе метода как во время лабораторных, так и стендовых огневых испытаний РД, поскольку последние наиболее информативны. Рентгеновское исследование может дать сведения о процессах выгорания топлива, состоянии теплозащитных покрытий, соплового блока и других элементах конструкции РД. Оптическое исследование применимо для регистрации процессов горения в КС: формы факела, газодинамических процессах, акустических колебаниях, регистрации крупных частиц в продуктах горения и т. п.
Суть метода 3D малоракурсного томографического исследования состоит в математической реконст-
