CC BY
29
УДК 533.7
СИЛОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ СТРУИ НА ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ОТБОЙНИК ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ УГЛОВ ОТКЛОНЕНИЯ
В. А. Дунаев, О. А. Корнев, А. А. Платонов, Е.А. Шмидт
Рассматривается воздействие струи продуктов сгорания на газодинамический отбойник, имеющий различные углы отклонения. Представлено сравнение с известными аналитическими соотношениями.
Ключевые слова: газовая динамика старта, усилие отдачи, газодинамический отбойник.
При натекании струи на отражающую поверхность, установленную под углом, близким к нормальному, в окрестности начальной точки их встречи зарождается пристеночная ударная волна, что сопровождается повышением статического давления на преграде. В связи с последующим растеканием потока наблюдается уменьшение давления, и дальнейшее его изменение по отражающей поверхности определяются ударно-волновой структурой течения. Образование пристеночной ударной волны происходит в результате наложения слабых волн сжатия, которые образуются в сверхзвуковой части потока за счет градиента давления, возникающего при воздействии струи на преграду. Пристеночная ударная волна, которая распространяется в сжатом слое струи, взаимодействует с её висячим скачком, что приводит к образованию ударно-волновой структуры течения. При воздействии сверхзвуковой нерасчетной струи на наклонную поверхность всегда есть центр растекания и обратный поток, направленный вверх по поверхности в сторону среза сопла. Следует отметить, что его интенсивность резко падает при уменьшении угла встречи оси струи с преградой
При воздействии сверхзвуковых неизобарических струй на наклонные преграды возникает сложная ударно-волновая структура, которая определяется параметрами потока на срезе сопла: числом Маха, степенью нерасчетности И, углом полураствора сопла, показателем адиабаты, температурой торможения, а также расстоянием от среза сопла до преграды и углом её отклонения относительно оси струи.
Для оценки уровней воздействия была рассмотрена конструкция типового газодинамического отбойника с соответствующими геометрическими ограничениями (рис. 1). При постановке серии вычислительных экспериментов проводилось варьирование величиной угла отклонения отбойника р. Для задания границы втекания использовались параметры в критическом сечении сопла:
в [1].
Ркр = Рр(1) = Р0 1
Рис. 1. Расчетная схема с указанием геометрических соотношений
Соотношения для определения составляющих силы, действующей на отбойник, имеют следующий вид:
^ = ^ • ео8(90°-р), Еу = ^ • 81П(90°-Р). Далее на рис. 2, 3 представлены результаты моделирования.
в
Рис. 2. Распределение полей параметров для различных углов отклонения отбойника в (начало): а - р=15°; б - в=35°; в - р=60°;
г - в=90°
г
Рис. 2. Окончание
а б в
Рис. 3. Распределение давления по поверхности отбойников для различных углов отклонения в: а - р=25°; б - р=45°; в - р=60°
В соответствии с картиной течения в начальной зоне взаимодействия струи с преградой формируется поток, распространение которого происходит от центра растекания - точки с максимальным статическим давлением в области градиентного течения. С увеличением расстояния от центра растекания скоростной напор обратного потока уменьшается вплоть до отрыва вследствие большой эжекционной способности струи. За линией отрыва обратный поток отходит от стенки и под действием положительного градиента давления разделяется на две вихревые зоны, которые характеризуются пространственной картиной течения. В пристеночной вихревой зоне линии тока направлены к области взаимодействия струи с преградой. В отсоединенной вихревой зоне часть потока может достигать ракеты. В обеих вихревых зонах происходит интенсивное смешение продуктов сгорания с воздухом.
В соответствии с результатами исследований (рис. 3, 4), уровень силового воздействия струи на наклонный газодинамический отбойник с заданным углом 30° < в < 90° можно определить проинтегрировав параметры затопленной струи по площади поперечного сечения следующем виде:
отбойника = ^ {Р0 ~ РН )^ ' Ктр ,
где Po - полное давление; к ражения {к = 1Д..1,2).
отр
коэффициента влияния динамического от-
15 25 35 45 55 65 75 85 Р, град
—•—Р/И .....зш(ЬеПа)*1,2
Рис. 4. Изменение приведенной силы 7<У Ятяги в функции угла отклонения отбойника в при степени нерасчетности струи N = 1,7
Подобное соотношение представлено в работе [2] для расчета параметров силового воздействия в диапазоне углов 10° < в < 90°. Для начального участка струи (Ь < 10...30 Ба) можно записать аналогичное соотношение:
Fотбойника = (X15 ~1,2)^тяги ' ^^Д
В соответствии с результатами исследований для снижения интенсивности обратных токов, возникающих при взаимодействии струи с преградой при малом начальном расстоянии между соплом и преградой, целесообразно применение отбойников с углом в - 30°. Схема течения в данном случае аналогична схеме течений, возникающих в следе при обтекании тел равномерным сверхзвуковым потоком и структура струи отличается, в основном, изменением направления потока при наличии слабого градиента давления в центре растекания.
Список литературы
1. Белицкий В.Д., Бельков В.Н., Карпеченко А.Г., Келекеев Р.В., Ланшаков В. Л. Исследование воздействия сверхзвуковых неизобарических струй на наклонные преграды. Омский научный вестник № 3(28) 2004. с. 97 - 101.
2. Орлов Б.В., Топчеев Ю.И., Устинов В.Ф., Алферов В.В. и др. Проектирование ракетных и ствольных систем. М.: Машиностроение, 1974. 828 с.
Дунаев Валерий Александрович, д-р техн. наук, профессор, dwa@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Корнев Олег Анатольевич, канд. техн. наук, ведущий инженер-исследователь, когпеуо1е^и1а@уа^ех.ги, Россия, Тула, АО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А. Г. Шипунова»,
Платонов Антон Александрович, аспирант, platona@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Шмидт Евгений Александрович, аспирант, smidt@list.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
POWER INFLUENCE OF THE JET ON A GAS DYNAMIC MOLDOVER DURING REALIZATION OF VARIOUS ANGLES
V.A. Dunaev, O.A. Kornev, A.A. Platonov, E.A. Shmidt
The effect of a jet of combustion products on a gas-dynamic bump with different angles of deflection is considered. A comparison with known analytical relationships is presented.
Key words: Start gas dynamics, recoil force, gas-dynamic bump stop.
Dunaev Valeriy Aleksandrovich, doctor of technical sciences, professor, dwa@mail.ru, Russia, Tula Tula State University,
Kornev Oleg Anatol'yevich, candidate of technical sciences, lead research engineer, kornevolegtula@yandex. ru, Russia, Tula, JSC «KBP named after Academician A. Shipunov»,
Platonov Anton Aleksandrovich, postgraduate, platona@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Schmidt Evgeny Aleksandrovich, postgraduate, smidt@list.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 533.7
ВЛИЯНИЕ КОРМОВОГО СУЖЕНИЯ ПУСКОВОГО КОНТЕЙНЕРА НА УСИЛИЕ ОТДАЧИ ПРИ СТАРТЕ РАКЕТ
В. А. Дунаев, О. А. Корнев, А. А. Платонов, Е.А. Шмидт
Рассматривается воздействие струи продуктов сгорания на элементы механизма удержания пускового контейнера в процессе старта изделия. Исследуется влияние степени кормового сужения пускового контейнера на приведенное усилие отдачи.
Ключевые слова: газовая динамика старта, усилие отдачи, течение в контейнере.
При проектировании ракетных комплексов с целью обеспечения безопасного и надежного старта необходимо знать закономерности аэрогазодинамических процессов, возникающих при взаимодействии струи ракетного двигателя с элементами пусковой установки (ПУ). Такие процессы являются характерными для комплексов различного типа: носимых, возимых, самоходных, корабельных, шахтных и пр. Достаточно подробное
430
