Методы CFD моделирования кавитации в центробежных и осевых насосах жидкостных ракетных двигателей

В настоящее время к проектированию и производству жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) предъявляются все большие требования по обеспечению надежности. В соответствии с этим повышаются требования по проектированию и изготовлению агрегатов ЖРД. Одним из таких агрегатов является турбонасосный агрегат (ТНА), обеспечивающий непрерывную подачу жидких компонентов реакции горения в камеру сгорания ракетного двигателя для создания тяги или в другие агрегаты двигателя. Также ТНА является основным источником повышения давления данных жидких компонентов перед камерой сгорания ЖРД. К ТНА предъявляются важные требования по обеспечению работоспособности основных параметров при заданном ресурсе с необходимыми возможными паузами установленной продолжительности; подачи компонентов топлива требуемого расхода и давления на всех режимах работы двигателя; высокой степени надежности с приемлемым КПД всего агрегата; высоким антикавитационным характеристикам насоса на всех режимах. В данной статье авторы обобщают последние результаты исследования кавитации в турбонасосных агрегатах ЖРД, а также применимые к ним исследования в области гидравлики. Рассмотрены проблемы кавитации в криогенных жидкостях, моделирование срывной характеристики, применение различных моделей к моделированию кавитационного потока. Решение данных проблем моделирования течения рассматривалось относительно применяемости к следующим элементам конструкции агрегатов ЖРД: межлопаточного пространства шнекоцентробежного основного и бустерных насосов, осевого преднасоса. Особое внимание уделено реализации различных численных методов, основанных на использовании различных моделей кавитации, вычислительной гидрогазодинамики в различных CFD пакетах, а также сравнении результатов с модельными. Авторы делают выводы о возможности применения данных методов к решению вопросов исследования явления кавитации в ЖРД.