CC BY
89
УДК 621.455
В.Н. Столбовской, асп., (4872) 35-18-79, уютс81@таЛ.ги (Россия, Тула, ТулГУ)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОВОГО РУЛЯ РДТТ И УГЛА ЕГО ПОВОРОТА НА ПОТЕРИ ТЯГИ И УПРАВЛЯЮЩИЕ УСИЛИЯ
Установлено влияние конструктивных параметров газового руля ракетного двигателя твёрдого топлива и угла его поворота на потери тяги и величину управляющего усилия.
Ключевые слова: ракетный двигатель твёрдого топлива, газовый руль, потери тяги, управляющие усилия.
Рассмотрим влияние конструктивных размеров газовых рулей (ГР) на их функционирование в рабочем состоянии, то есть при их отклонении на рабочий угол относительно начального положения.
При проведении математического моделирования рассмотрены 3 варианта исполнения газовых рулей (рис. 1). Определение потерь тяги, боковых усилий ГР, находящегося в различных положениях, проведено при изменении:
- высоты Н газового руля - для варианта 1;
- угла наклона А передней кромки - для варианта 2;
- угла наклона В боковой поверхности - для варианта 3.
Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
Зависимость потерь тяги от высоты ГР при различных положениях газового руля представлено на рис. 2 и 3.
Поворот газового руля на 25° приводит к росту потерь тяги: с 5,0 до
10,5 % - для номинального размера; с 5,7 до 11,7 %, с 6,3 до 12,9 % и с 6,9 до 14,3 % при увеличении высоты на 10, 20 и 30 % соответственно. При увеличении угла поворота руля более 15° рост потерь тяги интенсифицируется.
Увеличение высоты ГР на 30 % (рис. 3) приводит к росту потерь тяги с 5,0 до 6,9 % - при нулевом положении; с 7,6 до 10,1 % - при угле поворота 15°; с 10,5 до 14,3 % - при угле поворота 25°, то есть изменение потерь тяги пропорционально изменению высоты газового руля.
Рис. 1. Варианты исполнения газовых рулей
Рис. 2. Зависимость потерь тяги от угла поворота при различной высоте газового руля
Рис. 3. Зависимость потерь тяги от высоты газового руля
Зависимость боковых усилий от высоты газового руля при его различном положении представлено на рис. 4, 5.
Рис. 4. Зависимость боковых усилий Рис. 5. Зависимость боковых
от угла поворота при различной усилий от высоты газового руля
высоте газового руля
Поворот ГР варианта №1 на угол 25° приводит к росту боковых усилий (см. рис. 4): до 8,5% - для номинального размера; до 9,3%, 10,3%, 11,2% - соответственно при увеличении высоты на 10, 20, 30%. При этом интенсивность роста боковых усилий при увеличении угла поворота руля более 5° снижается. При нахождении руля в положении 0° боковая сила отсутствует.
Увеличение высоты газового руля до 30 % (см. рис. 5) приводит к изменению боковых усилий с 6,5 до 8,3 % при повороте на 15°; с 8,5 до 11,2 %- при повороте на 25°. Таким образом, изменение величины боковых усилий пропорционально изменению высоты газового руля.
Зависимость потерь тяги от угла наклона передней кромки при раз личных положениях газового руля представлены на рис. 6, 7.
Рис. 6. Зависимость потерь тяги Рис. 7. Зависимость потерь тяги от угла поворота при различных от угла наклона передней кромки углах наклона передней кромки газового руля
Поворот ГР варианта 2 на угол 25° приводит к росту потерь тяги (см. рис. 6) с 5,0 до 10,5 % при угле наклона передней кромки 0°; с 4,6 до
9,6 %, с 4,3 до 9,3 % и с 4,2 до 9,2 % - соответственно при углах наклона передней кромки 10, 20 и 30°. При этом рост потерь тяги с увеличением угла поворота руля становится более сильным.
Увеличение угла наклона передней кромки ГР от 0° до 30° (см. рис. 7) приводит к снижению величины потерь тяги с 5,0 до 4,2 % для нулевого положения, с 7,7 до 6,6 % и с 10,5 до 9,2 % - соответственно при повороте на угол 15 и 25°. При этом снижение потерь тяги становится менее заметным при увеличении угла наклона передней кромки газового руля.
Зависимость боковых усилий от угла наклона передней кромки при различных положениях газового руля представлено на рис. 8, 9.
Поворот ГР варианта 2 на угол 25° ведет к росту боковых усилий до 8,3% при отсутствии угла наклона передней кромки, до 7.7, 7.1, 6.5 % -соответственно при углах наклона передней кромки 10, 20, 30°. При увеличении угла поворота руля рост боковых усилий постепенно снижается.
Увеличение угла наклона передней кромки ГР с 0 до 30° (рис. 9) приводит к уменьшению площади газового руля в плане и снижению боковых усилий с 6,5 до 5,2 % и с 8,3 до 6,5 % при отклонении ГР на 15 и 25° соответственно. Изменение боковых усилий пропорционально изменению угла наклона передней кромки (площади в плане) ГР.
Рис. 8. Зависимость боковых усилий от угла поворота при различных углах наклона передней кромки газового руля
Рис. 9. Зависимость боковых усилий от угла наклона передней кромки
Анализ зависимости температуры нагрева передней кромки (рис. 10) показывает, что увеличение угла её наклона до 30° позволяет снизить температуру на передней кромке на 308 К, при этом интенсивность снижения температуры при увеличении угла наклона передней кромки руля умень-
шается.
Рис. 10. Зависимость температуры от угла наклона передней кромки при нулевом положении газового руля
Зависимость потерь тяги от угла наклона боковой кромки при различных положениях газового руля представлено на рис. 11, 12.
Поворот ГР варианта 3 на 25° приводит к росту потерь тяги (рис. 11) с 5,0 до 10,5 % для исходного контура, с 6,2 до 10,9 %, с 7,3 до 11,3 % , с
8,5 до 11,7 % - при углах наклона боковой поверхности 5, 10, 15° соответственно. При этом, начиная с угла 15°, увеличение потерь тяги с ростом угла отклонения руля интенсифицируется.
Увеличение угла наклона боковой кромки газового руля от 0 до 15° (рис. 12) приводит к росту потерь тяги с 5,0 до 8,5 % - при нулевом поло-
жении; с 7,6 до 10,3 % и с 10,5 до 11,7 % - при отклонении на угол 15 и 25°. Анализ кривых (рис. 12) показывает, что изменение потерь тяги пропорционально изменению угла наклона боковой кромки газового руля.
Рис. 11. Зависимость потерь тяги от угла поворота при различных углах наклона боковой кромки газового руля
Рис. 12. Зависимость боковых усилий от угла наклона боковой кромки
Зависимость боковых усилий от угла наклона боковой кромки при различных положениях газового руля представлено на рис. 13, 14.
Рис. 13. Зависимость боковых усилий от угла поворота при различных углах наклона боковой кромки газового руля
Рис. 14. Зависимость боковых усилий от угла наклона боковой кромки
Поворот ГР варианта 3 на угол 25° ведет к росту боковых усилий (см. рис. 13): до 8,1 % - для исходного контура; до 7.1, 6.1, 5.3 % - при углах наклона боковой кромки 5, 10, 15° соответственно. При нахождении руля в положении 0° боковая сила отсутствует. Интенсивность роста боко-
вых усилий от угла поворота руля уменьшается, что особенно заметно при больших углах (более 15°) наклона боковой кромки.
Увеличение угла наклона боковой кромки газового руля до 15° (см. рис. 14) приводит снижению величины боковых усилий: от 5,1 до
3,7 % и от 8,1 до 5,3 % при повороте ГР на 15 и 25° соответственно. Таким образом, изменение величины боковых усилий пропорционально изменению угла наклона боковой кромки газового руля.
Основной целью введения угла наклона боковой кромки ГР является снижение температуры. Изменение температуры на боковой кромке ГР с наветренной стороны от угла её наклона при повороте на 25° представлено на рис. 15.
Угол наклона боковой кромки, град
Рис. 15. Зависимость температуры от угла наклона боковой кромки при повороте руля в положение 25°
Анализ указанной зависимости показывает, что при повороте ГР на 25° увеличение угла наклона боковой кромки до 15° позволяет снизить температуру на его боковой кромке на 757 К. Наиболее интенсивное снижение температуры происходит до 5°, а при дальнейшем росте угла оно снижается.
По результатам проведённых расчётов можно сделать следующие выводы:
1. Высоту газового руля необходимо выбирать исходя из потребной величины боковых усилий.
2. Выполнение передней кромки ГР с наклоном позволяет снизить температуру на передней кромке, находящуюся в непосредственной близости от элементов конструкции блока ГР (защитного козырька), что, в свою очередь, уменьшит скорость эрозионного износа элементов конструкции (защитного козырька) и передней кромки газового руля.
Целесообразно выполнять переднюю кромку ГР под углом -10°, что обеспечивает оптимальное снижение температуры на передней кромки ГР
и потерь тяги при незначительном снижении, примерно на 1,3 %, величины боковых усилий.
3. Поворот ГР вызывает рост давления, температуры и снижение скорости газового потока с наветренной стороны руля и, следовательно, повышенный эрозионный износ ГР.
4. Нецелесообразно выполнять боковую поверхность под большими углами, т.к. это приводит к снижению боковых усилий и значительному росту потерь тяги. За оптимальный угол наклона боковой поверхности следует принять угол равный ~5°, обеспечивающий снижение температуры на 481 К, при незначительном росте потерь тяги и снижении уровня боковых усилий.
V.N. Stolbovskoy
THE RESEARCH OF GAS RUDDER DATA INFLUENCE OF THE FIRM FUEL ROCKET ENGINE AND ITS TURN ANGLE ON DRAUGHT LOSSES AND OPERATING EFFORT
The interrelation of design data of a gas rudder of the firm fuel rocket engine and its turn angle on draught losses and operating effort characteristic.
Key words: firm fuel rocket engine, gas rudder, draught losses, lateral efforts.
УДК 662.76
Е.П. Поляков, д-р техн. наук, декан, (4872)35-33-87, [email protected]
С.А. Лужецкая, асп., (4872)35-18-79, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ В СОСТАВЕ СНАРЯДОВ РЕАКТИВНЫХ СИСТЕМ ЗАЛПОВОГО ОГНЯ
В статье рассмотрены преимущества применения твердотопливных газогенераторов в качестве энергетических устройств снарядов систем залпового огня для отделения головных частей и коррекции траектории снаряда, а также требования, предъявляемые к используемым ГГ и вопросы, связанные с их фунщионированием.
Ключевые слова: газогенератор, реактивная система залпового огня, отделяю-гцаяся головная часть, фунщионирование, энергетическое устройство.
Для организации функционирования отделяющихся головных частей (ГЧ) при осуществлении коррекции траектории снаряда используются пороховые энергетические устройства. До недавнего времени в кассетных головных частях (КГЧ) в качестве таких источников в основном использовались заряды дымного ружейного пороха (ДРП).
Однако практика отработки КГЧ в стендовых условиях показала, что дымные пороха имеют некоторые недостатки, связанные, в первую очередь, с высокой начальной интенсивностью газообразования. Это особенно ярко проявляется при высоких параметрах заряжания, характерных, например, для малогабаритной запоршневой зоны. Указанный недостаток
