CC BY
34
Patrikova Elena Nikolaevna, candidate of technical science, docent, elenapatrikova@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Loseva Alena Aleksandrovna, student, elenapatrikova@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Arkatova Polina Evgenyevna, student, domowenoc-nafanja@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.45.02
УЧЕТ НЕОДНОВРЕМЕННОСТИ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ТОПЛИВА ПРИ РАСЧЕТЕ ВНУТРИБАЛЛИСТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ГАЗОГЕНЕРАТОРАХ
М.В. Арсентьева, А. А. Митин, Д. А. Морель
Рассмотрены вопросы моделирования внутрибаллистических процессов в пиротехнических газогенераторах с учетом неодновременности воспламенения топлива. Представлен программный комплекс, позволяющий проводить расчет рабочего процесса в газогенераторах пиротехнических систем. Приведены результаты расчета с учетом неодновременности воспламенения топливных элементов и потерь полного давления на входе в сопловой блок.
Ключевые слова: внутренняя баллистика, газогенератор, неодновременность воспламенения.
В пиротехнических газогенераторах, обеспечивающих заданный расход газа во времени, часто используются топливные элементы нестандартных форм, со сложной геометрией. Надежное и стабильное воспламенение подобных зарядов зачастую связано с определенными трудностями.
При моделировании внутрибаллистических процессов в указанных изделиях в основном используется допущение о мгновенном воспламенении заряда одновременно по всей поверхности. Однако, как показали результаты сопоставления результатов расчета с экспериментальными данными, подобное допущение не всегда обоснованно [1, 2]. Поэтому при расчете параметров рабочего процесса важно учесть неодновременность воспламенения топливных элементов.
Для расчета внутрибаллистических характеристик пиротехнических газогенераторов разработан программный комплекс, который имеет следующие особенности:
- позволяет задавать до четырех топливных элементов различной формы из различных составов, в том числе с помощью закона изменения поверхности горения от толщины сгоревшего слоя S(е);
- можно задавать одновременно до трех воспламенительных составов;
- геометрия топливных элементов задается с помощью визуального выбора формы и указания размеров;
- выбор составов осуществляется из имеющейся базы данных, что позволяет существенно сократить время задания их характеристик;
- возможно добавление нового состава в базу данных;
- для быстрого анализа результаты расчета представляются в виде графиков, массивов данных и отдельных значений;
- удобство сохранения исходных данных и результатов расчета в текстовый файл.
Расчет внутрибаллистического процесса в газогенераторе проводится в термодинамической постановке с использованием основных законов термодинамики тела переменной массы [3]. В качестве функции неодновременности воспламенения ТЭ используется следующая зависимость:
Рнеодн = 1 - 8 ехр( М
* -1
пл у
ГО при t > *
где 8 = I "Л,М - коэффициент согласования с экспериментальны-
|1 при t < *пл ,
ми данными, - время распространения пламени по всей поверхности топливного элемента.
На рис. 1 представлены экспериментальная и теоретические кривые, полученные без учета и с учетом неодновременности воспламенения ТЭ. Видно, что при учете неодновременности воспламенения ТЭ характер кривых совпадает, а расхождение по уровню максимального давления составляет 3 %.
На рис. 2 представлены графики изменения тяги. При учете неодновременности воспламенения характер теоретической и экспериментальной кривой тяги также совпадают, расхождение по уровню максимального значения составляет примерно 20 %. Такое расхождение можно объяснить потерями полного давления на входе в сопло из-за конструктивных особенностей двигательной установки. Исследование величины коэффициента потерь полного давления показало, что при потерях около 10 % отклонение теоретического максимального значения тяги от экспериментального составляет примерно 5 % (рис. 3).
Эксперимент без учета неодновр. с учетом неодновр.
^ I, С
Рис. 1. Графики давления
28
Р, н
—Эксперимент • без учета неодновр. с учетом неодновр.
/ \ / ч \
1. ! ч Гч \
1 / \\ \>
/ / \ \ч V,
// "" \ч
:
Рис. 2. Графики тяги без учета потерь полного давления
^Эксперимент — без учета потерь полного давления ••• с учетом потерь полного давления
/ / \ \
/.-' г' / ■-. \ гЧь 4
I/ / V / \\
ч •Л Лх
\\
■■Л
О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0.6
Рис. 3. Сравнение графика тяги с учетом потерь полного давления и неодновременности воспламенения ТЭ с результатами эксперимента
Кроме учета указанных выше факторов, влияющих на развитие процесса в газогенераторе, в программе предусмотрено горение ТЭ при пониженных давлениях.
Использование разработанного программного продукта, учитывающего особенности функционирования пиротехнических газогенераторов, позволяет проводить вычислительные эксперименты при проектировании изделий указанного класса.
Список литературы
1. Арсентьева М.В., Никитин В.А., Хромов А.С. Исследование рабочего процесса газогенераторов пиротехнических систем // Современные проблемы пиротехники: материалы VI Всероссийской научно-технической конференции. Сергиев Посад. 11-12 ноября 2015 г. Издательский дом «Весь Сергиев Посад», 2016. С. 98-102.
2. Арсентьева М.В., Митин А.А., Шабалин А.Н. Особенности расчета рабочего процесса газогенераторов пиротехнических систем // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 12. Ч. 1. С. 44-48.
3. Никитин В.А., Швыкин Ю.С., Юрманова Н.П. Термодинамические основы внутренней баллистики: учеб. пособие, перераб. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. 180 с.
Арсентьева Марина Владимировна, канд. техн. наук, доцент, mars [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Митин Алексей Алексеевич, инженер, alexintaz@,mail. ru, Россия, Сергиев Посад, АО «ФНПЦ «НИИ Прикладной химии»,
Морель Дмитрий Алексеевич, студент, Dimc1998@,gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ACCOUNTING FOR NON-SIMULTANEITY OF FUEL IGNITION IN THE CALCULATION OF THE INTRA BALLISTIC PROCESSES IN PYROTECHNIC GAS GENERATORS
M. V. Arsentieva, A.A. Mitin, D.A. Morel
The problems of modeling of intra-ballistic processes in pyrotechnic gas generators taking into account the non-simultaneous ignition of fuel are considered. The software package allowing to carry out calculation of working process in gas generators of pyrotechnic systems is presented. The results of calculation taking into account non-simultaneous ignition of fuel cells and total pressure losses at the inlet to the nozzle block are presented.
Key words: internal ballistics, gas generator, non-simultaneous ignition.
Arsentieva Marina Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, mars 100@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Mitin Alexey Alekseevich, engineer, alexintaz@,mail. ru, Russia, Sergiev Posad, JSC «FSPC «Scientific research Institute of applied chemistry»,
Morel Dmitry Alekseevich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.398
АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
Д.А. Куприк
Представлен алгоритм обработки телеметрической информации, получаемой в результате огневых стендовых и летных испытаний ракетных двигателей твердого топлива. Алгоритм реализуется в два этапа: выделение периода работы двигателя и аппроксимация полученного массива данных. Приводится сравнение метода аппроксимации, разработанного автором, с типовыми методами.
Ключевые слова: телеметрическая информация, испытания РДТТ, энергетические характеристики, аппроксимация данных.
Испытания являются неотъемлемой частью программ разработки, опытной отработки и создания высокоэффективных, надёжных ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ). РДТТ может быть испытан как авто-
30
