CC BY
43<Тешетневс^ие чтения. 2016
механизмы, такие как, конечная толщина лезвия задней кромки лопатки, пограничные слои на обеих сторонах лопатки и разница в распределении скоростей между стенками лопатки [3].
Пульсация давления при столкновении потоков
на выходе из рабочего колеса: 1 - лопатка рабочего колеса, Т - ширина полосы столкновения
Высокие уровни пульсаций давления и возникающие вследствие этого колебания оказывают негативное влияние на различные компоненты насоса, что может привести к серьезным повреждениям. Учитывая частоту вращения колеса турбонасосного агрегата, возникновение вибраций от пульсации давления приводит к возникновению усталостных напряжений на лопатках рабочего колеса и их последующему разрушению. Также если частота пульсаций совпадает с частотой работы насоса, возникнет резонанс этих частот, что в ряде случаев может привести к разрушению подшипника [4].
Эффект пульсации не может быть просчитан теоретически. Поэтому проводятся испытания со сбором статистических данных для последующего проектирования рабочего колеса и диффузора [5].
Таким образом, необходимо учитывать возникновение пульсаций давления для стабильной работы насоса и всего агрегата в целом. Точный прогноз величины пульсаций давления невозможен, а экспериментальные результаты справедливы только для конкретного насоса и зависят от того, в какой системе насос работает.
Библиографические ссылки
1. Овсянников Б. В., Боровский Б. И. Теория и расчет агрегатов питания ЖРД. М. : Машиностроение, 1986. 376 с.
2. Тележенко Д. Р., Жуйков Д. А. Начальные условия к расчету течения в цилиндрической полости вращения центробежных насосов ЖРД // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы XI Междунар. науч. конф. (8-12 апреля 2015 г., Красноярск) : в 2 т. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. 774 с.
3. Баулин В. И., Краев М. В. Конструкция и проектирование турбонасосных агрегатов ЖРД. М. : МАИ, 1985. 120 с.
4. Кишкин А. А. , Краев М. В., Никитин П. А. Выбор параметров и расчет лопаточных машин двигателей летательных аппаратов / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2004. 156 с.
5. Целиков В. А., Байков А. В. Методика расчета турбины ТНА ДУ с использованием ЭВМ. М. : МАИ, 1988. 48 с.
References
1. Ovsyannikov B. V., Borovsky B. I. Theory and calculation power units LRE. M. : Mechanical Engineering, 1986. 376 p.
2. Telezhenko D. R., Zhuikov D. A. The initial conditions for the calculation of the flow in a cylindrical cavity of rotation centrifugal pumps LRE // Actual problems of aviation and aerospace: materials XI Intern. scientific. Conf. (April 8-12, 2015, Krasnoyarsk): 2 t.; Sib. state. aerokosmich. Univ. Krasnoyarsk, 2015. 774 p.
3. Baulin V. I., Kraev M. V. The construction and design turbopump unit LRE. MAI, Moscow, 1985. 120 p.
4. Kishkin A. A. Kraev M. V., Nikitin P. Selection of parameters and calculation of turbomachinery aircraft engines / Siberian State Aerospace University, Krasnoyarsk, 2004. 156 p.
5. Tselikov V. A., Baikov A. V. The methodology of calculation of the TPA control the turbine using a computer. М. : MAI, 1988. 48 p.
© Тележенко Д. Р., Окладников А. А., Кубриков М. В., 2016
УДК 62-1/9
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ КРИОГЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ ЧЕРЕЗ ФОРСУНОЧНУЮ ГОЛОВКУ В СРЕДЕ SOLГОWORKS
А. С. Торгашин, А. М. Бегишев, М. И. Толстопятов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-таП: [email protected]
Авторы исследуют применяемость САПР SolidWorks к расчету форсунок для камеры ЖРД.
Ключевые слова: форсунка, сходимость, криогенный компонент.
¡Проектирование, производство и испытания двигателей летательных, аппаратов
SIMULATING FLOW OF CRYOGENIC COMPONENTS THROUGH THE MIXING HEAD IN SOLIDWORKS
A. S. Torgashin, A. M. Begishev, M. I. Tolstopjatov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The authors investigate the applicability of the CAD software SolidWorks to calculate nozzle for camera LRE.
Keywords: nozzle, convergence, cryogenic component.
При проектировании ЖРД необходимо стремиться к обеспечению качественного протекания теплового процесса в камере двигателя. Определяющее значение для рабочего процесса, в частности в камере сгорания, - процесса превращения компонентов топлива или продуктов газогенерации в продукты сгорания -имеет смесеобразование. Процесс смесеобразования должен обеспечить: возможно полное сгорание компонентов в камере двигателя, возможно более равномерное распределение соотношения компонентов и расходонапряженности по сечению камеры, возможно меньшую склонность к возникновению неустойчивого горения, образование пристеночного слоя, необходимого для защиты стенок от высоких тепловых потоков [1].
В ЖРД смесеобразование осуществляется смесительной головкой. Таким образом, обобщив, имеем, что работа смесительной головки в значительной степени определяет полноту сгорания, устойчивость рабочего процесса и надежность теплозащиты стенок камеры ЖРД. Из технологических требований смесительную головку целесообразно проектировать и изготавливать в виде отдельного узла камеры двигателя -блока головки. Типично блок состоит из трех днищ -переднего, или огневого, среднего и наружного. Днища образуют две основные полости головки, внутреннюю, в которую поступает компонент из охлаждающего тракта, и наружную полость со вторым компонентом. Внутренние перегородки соединены со средним и наружными днищами, которые в свою очередь соединены с корпусом головки. Также имеются патрубок, через которые подводится компонент из наружной полости и набор форсунок, соединенных с огневым и средним днищами. Благодаря соединениям форсунок и перегородок с днищами конструкция головки приобретает большую жесткость и прочность, способность выдержать большие давления в полостях в камере сгорания [2].
Важными конструктивными элементами смесительной головки являются форсунки. Это деталь двигателя, отвечающая за обеспечение надлежащего расхода компонентов. Она также определяет качество распыления и местное соотношение окислителя и горючего в камере сгорания. Форсунки могут выполняться как в виде простых тонких сверлений непосредственно в головке камеры двигателя, так и в виде отдельных самостоятельных узлов для подачи компонента, закрепленных в головке. Конструктивно форсунки входят в систему впрыска, состоящую из двух основных частей: распределителя, который обеспечивает равномерный подвод компонентов к форсункам, и головки, в которой расположены форсунки [3].
Обычно в ЖРД выделяют два основных вида форсунок: струйные и центробежные. Имеются также случаи применения щелевых форсунок, которые можно рассматривать как разновидность струйных форсунок, имеющих не круглую, а щелевидную форму выходного отверстия. В случае центробежных форсунок имеем искусственную закрутку подаваемой через нее струи жидкости посредством тангенсальных отверстий или завихрителя. После выхода жидкости из сопла форсунки под действием центробежных сил образуется тонкая конусообразная пелена компонента. Центробежные форсунки имеют широкий и сравнительно короткий конус распыла и более тонкий, чем у струйных. Все это приводит к уменьшению зон распыления и испарения. Однако недостатком центробежных форсунок является их большая конструктивная сложность и меньшая пропускная способность по сравнению со струйными форсунками. Также форсунки можно классифицировать по агрегатному состоянию компонентов топлива (жидкостные, газовые или газожидкостные) и числу компонентов, вводимых в КС одной форсункой (однокомпонентные и двух-компонентные) [4]. Также стоит учитывать форму распределителя и расположение форсунок, что дает достаточно большой простор для технических решений, но необходимо обеспечить следующие условия для эффективной работы смесительной головки: равномерное распределение по сечению камеры соотношения компонентов, предотвращение возникновения неустойчивого горения, защита стенок камеры от прогара, удобство подвода компонентов. В данном случае по схемам размещения форсунок выделяют следующие схемы расположения: шахматное, сотовое, концентрическое.
Основной целью работы являлась оценка сходимости полученных данных при расчете модели форсуночной головки в программном пакете SolidWorks: flow simulation с предварительными расчетами. Данный пакет позволяет определять эффективность разгона частиц устройствами (в нашем случае форсункой) и расстояние, на котором две поступившие в камеру текучие среды перемешиваются друг с другом [5]. Используемая пара - жидкий водород + жидкий кислород. Расчет проводился для нескольких видов форсунок (жидкостных и газожидкостных) с разными схемами их расположения на форсуночной головке. Также был проведен аналогичный расчет с некриогенной топливной парой с целью аналогичного определения сходимости и общей оценки точности расчетов для двух компонентов.
В ходе работы была сделана модель форсуночной головки со всеми необходимыми предшествующими
Решетневс^ие чтения. 2016
расчетами и смоделировано течение текучей среды со свойствами, максимально приближенными к свойствам заданных компонентов топлива. Таким образом, было получено визуальное представление течения компонентов через форсунки и эпюры изменения некоторых из параметров. Опираясь на результаты, было решено расширить диапазон используемых форсунок, а также добавить другие криогенные топливные пары (например, жидкий водород и жидкий озон).
Библиографические ссылки
1. Алемасов В. Е., Дрегалин А. Ф., Тишин А. П. Теория ракетных двигателей. М. : Машиностроение, 1980. 535 с.
2. Гахун Г. Г. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. М., 1989. С. 127-128.
3. Ракетные двигатели / М. Баррер, А. Жомотт, Б. Ф. Вебе и др. М., Оборонгиз, 1962. 801 с.
4. Егорычев В. С. Расчет и проектирование смесеобразования в камере ЖРД. Самара : Изд-во СГАУ, 2011. С. 100.
5. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А. А. Алямовский, А. А. Собачкин, Е. В. Одинцов и др. СПб. : БХВ-Петербург, 2008. С. 1038.
References
1. Alemasov V. E., Dregalin A. F., Tishin A. P. Theory of rocket engines. M. : Mashinostroenie, 1980. 535 p.
2. Gahan G. G. the construction and Design of liquid rocket engines. M., 1989. Р. 127-128.
3. Rocket engines / M. Barrer, A. Zhomott, B. F. Vebe i dr. M., Oborongiz, 1962. 801 p.
4. Egorychev V. S. Calculation and design of mixing chamber LRE. Samara : Publisher SSAU, 2011. P. 100.
5. SolidWorks 2007/2008. Computer modeling in engineering practice / A. A. Aljamovskij, A. A. Sobach-kin, E. V. Odincov et al. SPb. : BHV-Petersburg, 2008. P. 1038.
© Бегишев А. M., Торгашин А. С., Толстопятов M. И., 2016
УДК 621.01
ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ПОТОКЕ ПЛАЗМЫ
В. И. Трифанов, Д. Р. Рыжов, Б. Н. Казьмин, И. В. Трифанов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика M. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассмотрена возможность преобразования энергии заряженных частиц в электростатическое электричество при помощи генератора электрического тока.
Ключевые слова: генератор, электрический ток, поток плазмы, заряженные частицы, конденсатор.
THE GENERATOR OF ELECTRIC CURRENT IN THE PLASMA FLOW
V. I. Trifanov, D. R. Ryzhov, B. N. Kaz'min, I. V. Trifanov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The paper deals with the possibility of energy conversion of charged particles in electrostatic electricity through a generator of electric current.
Keywords: generator, electric current, flow ofplasma, charged particles, condenser.
Получение электроэнергии для работы летательных аппаратов является весьма актуальным [1]. В связи с этим был предложен генератор электрического тока на потоке плазмы [2].
Плазма может быть получена при работе плазмен-но-реактивных электродинамических двигателей космических летательных аппаратов [3].
Известно также наличие вокруг Земли околопланетной плазмы, которая обладает большой энергией и может быть использована для получения электроэнергии космическими летательными аппаратами (КЛА), например, на высоте 300-1 000 км, что позволит
улучшить электроразрядную обстановку около КЛА и повысить его энергетические характеристики.
Предложенный генератор электрического тока на потоке плазмы [2] может быть использован для получения и накопления электростатического электричества, а также для получения электрического тока для питания систем и агрегатов КЛА и электросистем транспортных средств. Накопление статического заряда при работе генератора происходит за счет преобразования энергии потока заряженных частиц (электронов или катионов) плазмы в энергию электростатического заряда за счет электростатического торможения с обеспечением стабильности электрического
