Особенности использования центробежных двухступенчатых форсунок в конструкции гибридных ракетных двигателей глубокого регулирования тяги
Автор: Шулев Игорь Станиславович
Рубрика: Расчет и конструирование
Статья в выпуске: 1 т.15, 2015 года.
Бесплатный доступ
В данной работе приводится пример совершенствования конструкции гибридного ракетного двигателя для реализации глубокого гибкого регулирования тяги, в частности рассматривается форсунка распыления системы подачи жидкого компонента. Проанализированы две конструктивные схемы двухступенчатых центробежных форсунок, предназначенные для реализации глубокого регулирования расхода, показаны особенности работы таких форсунок при наличии глубокого регулирования расхода через форсунку, а также описаны основные особенности такой работы. Показана эффективность и преимущества двухступенчатой центробежной форсунки относительно одноступенчатой центробежной форсунки. Рассмотрена система уравнений, включающая уравнение сохранения количества движения жидкости, уравнение неразрывности с замыкающими зависимостями расхода через форсунку и геометрической характеристики. Обозначены особенности работы двухступенчатой форсунки, которые заключаются в изменении угла распыления в широком диапазоне (60-120°) в зависимости от режима работы при глубоком дросселировании расхода через двухступенчатую форсунку, что приводит к нестабильной работе двигателя, а именно к неустойчивому горению, колебанию давления и ухудшению качества процесса распыления. Приведены методы направленные на сокращение диапазона угла распыления на режиме глубокого регулирования расхода. Показана принципиальная конструкция модернизированной двухступенчатой центробежной форсунки, способствующая сокращению диапазона изменения угла распыления при глубоком дросселировании расхода за счет специально профилированного сопла распылителя. Обозначены основные условия проектирования данной кольцевой проточки, а также представлена методика расчета в виде блок-схемы программы расчета двухступенчатой модернизированной форсунки с уменьшенным диапазоном изменения угла распыления.
Гибридный ракетный двигатель глубокого регулирования, двухступенчатая центробежная форсунка, глубокое гибкое регулирование тяги
Короткий адрес: https://sciup.org/147151681
IDR: 147151681 | УДК: 621.45.022.2
Features of using of centrifugal two-stage jets in the construction of hybrid rocket engines with deep control of thrust
In this paper the example of improvement of hybrid rocket engine for achievement of thrust deep controlling is shown and two-stage centrifugal atomizers of a liquid supply system component were analyzed. Two construction of two-stage centrifugal atomizers were that are intended to implement thrust deep controlling were analyzed and the features of the work of these injectors with the presence of deep-flow control were shown. The efficiency and advantages of two-stage centrifugal atomizers in comparing with regular centrifugal atomizers were shown. The system of equations including the equation of conservation of momentum fluid and continuity equation with closing dependence of flow through the nozzle and the geometrical characteristics were examined. Features of work include changing the angle of spraying in a wide range (60-120°) depending on the operating mode with deep throttling flow through a nozzle, which leads to unstable operation of the engine, namely the unstable combustion, pressure fluctuations and quality of the spraying process. Methods aimed on reducing the range of the angle of the spray on the deep flow control mode were shown. The construction of modernized two-stage centrifugal atomizers with circular groove that are able to reduce the diapason of changing the spraying angle with deep throttling flow through a nozzle were shown. The main conditions for designing of the circular groove were identified, as well as the technique of calculation in the form of a flowchart of the program for calculating the two-step upgraded injectors with a reduced range of variation of the angle of the spray.
Список литературы Особенности использования центробежных двухступенчатых форсунок в конструкции гибридных ракетных двигателей глубокого регулирования тяги
- Процессы в гибридных ракетных двигателях/А.М. Губертов, В.В. Миронов, Р.Г. Голлендер и др.; под ред. А.С. Коротеева. -М.: Наука, 2008. -405 с.
- Перспективная система регулирования жидкостных реактивных двигателей/Б. Громыко, А. Кириллов, В. Кириллов и др.//Двигатель. -2001. -№ 5 (17). -С. 28-30.
- Хорольский, П.Г. Баллистическая целесообразность глубокого регулирования маршевых двигателей ракет-носителей/П.Г. Хорольский, С.Г. Бондаренко//Авиационно-космическая техника и технология. -2006. -№ 10 (36). -С. 11-13.
- Хорольский, П.Г. Оценка эффективности одного варианта применения глубокого гибкого регулирования тяги для выведения полезной нагрузки/П.Г. Хорольский, С.Г. Бондаренко//Вестник двигателестроения. -2010. -№ 2. -С. 79-81.
- Хорольский, П.Г. Оценка баллистической целесообразности применения ракетных двигателей с глубоким дросселированием тяги на первых ступенях ракет-носителей//Механiка та машинобудування. -2011. -№ 1. -С. 30-37.
- Сихарулидзе, Ю.Г. Концепция управления ракетой-носителем воздушного старта с компенсацией начальных ошибок по дальности и времени при прямом выведении в точку встречи на орбиту/Ю.Г. Сихарулидзе, А.С. Карпов, Р.К. Иванов//Космич. исследования. -2005. -№ 5. -С. 358-377.
- Михайлов, В.В. Дросселируемые жидкостные ракетные двигатели/В.В. Михайлов, Б.Г. Базаров. -М.: Машиностроение, 1985. -168 с.
- Ziraksaz, M.H. Experimental investigation of swirl atomizer spray defections/M.H. Ziraksaz//Meccanica. -2014. -Vol. 49. -P. 2747-2755. doi 10.1007/s11012-014-0036-5.
- Zhao, J., Simulation and experimental study on the atomization character of the pressure-swirl nozzle/J. Zhao, L. Yang//Open Journal of Fluid Dynamics. -2012. -Vol. 2, No. 4A. -P. 271-277 DOI: 10.4236/ojfd.2012.24A032
- Jeng, S.M. Computational and experimental study of liquid sheet emanating from simplex fuel nozzle/S.M. Jeng, M.A. Jog, M.A. Benjamin//AIAA Journal. -1998. -Vol. 36 (2). -P. 201-207.
- Распыливание жидкостей/Ю.Ф. Дитяткин, Л.А. Клячко, Б.В. Новиков, В.И. Ягодкин. -М.: Машиностроение, 1977. -208 с.
- Основы теории и расчёта жидкостных ракетных двигателей: учеб./А.П. Васильев, В.М. Кудрявцев, В.А. Кузнецов и др.; под ред. В.М. Кудрявцева. -3-е изд., испр. и доп. -М.: Высш. шк., 1983. -703 с.
- Хавкин, Ю.И. Центробежные форсунки/Ю.И. Хавкин -Л.: Машиностроение, 1976. -168 с.
- Пат. №134829 Российская Федерация, МПК В05В1/34. Центробежная форсунка/И.С. Шулев, А.Л. Карташев. -№ 2013124182/05; заявл. 27.05.2013; опубл. 27.11.2013; Бюл. № 33.
