Верификация термодинамических параметров смеси генераторного газа на кислород-водородном топливе при избытке одного из компонентов топлива
Автор: Беляков В. А., Василевский Д. О., Маслов Д. В., Киляшов А. А., Ромашко Р. В.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 1 т.25, 2024 года.
Бесплатный доступ
Жидкостные газогенераторы (ЖГГ) являются дополнительными огневыми агрегатами в системе питания жидкостных ракетных двигателях (ЖРД). ЖГГ обеспечивают работу агрегатов питания турбонасосного агрегата (ТНА) двигателя путем подачи продуктов сгорания (ПС) на привод турбины. Основными критериями эффективности генераторного газа является комплекс (RT)гг и термодинамические свойства смеси, зависящие от температуры, давления, степени избытка окислителя и энтальпии топлива, отнесенной к условиям подачи в форсунки ГГ. Изменение параметров генераторного газа приводит к изменению параметров мощности турбины за счет его влияния на адиабатную работу турбины Lад. В зависимости от рассматриваемой схемы двигателя, ПС ГГ могут совершать работу и в других агрегатах и элементах двигателя, а также оказывать влияние на множество параметров ЖРД. Среди основных можно отметить: - мощность бустерной газовой турбины бустерного турбонасосного агрегата (БТНА) в случае отбора генераторного газа после ГГ или турбогаза после основной турбины; - температура подогрева хладагента в теплообменном аппарате, введенном в ГГ; - удельный импульс жидкостной ракетной двигательной установки (ЖРДУ), зависящий от количества и свойств турбогаза, поступающего в выхлопной патрубок двигателя (для схемы двигателя без дожигания генераторного газа); - смесеобразование в камере сгорания (КС) за счет дожигания турбогаза, поступающего после турбины в камеру двигателя (для схемы двигателя с дожиганием генераторного газа); - параметры огневой стенки двигателя в случае применения высокотемпературной газовой завесы путем вдува генераторного газа в сверхзвуковую часть сопла. 56 SHAPE \* MERGEFORMAT Для множества пар топлив при горении в ГГ характерна неравновесность ПС (особенно в углеводородных топливах). В связи с тем, что ПС при горении кислородно-водородной смеси в силу простоты реакции успевают сформироваться при пребывании в ГГ (т. е. время химического равновесия ПС меньше или равно времени пребывания в ГГ), их термодинамические параметры возможно достоверно определять с помощью программ, моделирующих реакции химического равновесия. В данной статье исследован вопрос получения достоверных результатов термодинамических расчетов генераторного газа при низком и высоком коэффициентах избытка окислителя. Проведена верификация параметров, полученных в программах «Астра» и Rocket Propulsion Analysis с расчетными значениями. Определена наиболее подходящая программа для выполнения инженерных расчетов и моделирования термодинамики жидкостных газогенераторов.
Газогенератор жрд, термодинамические параметры жгг, кислород- водородное топливо, равновесный состав продуктов сгорания
Короткий адрес: https://sciup.org/148328313
IDR: 148328313 | DOI: 10.31772/2712-8970-2024-25-1-56-67
Список литературы Верификация термодинамических параметров смеси генераторного газа на кислород-водородном топливе при избытке одного из компонентов топлива
- Chen Jin., Jinyu Xiao., Jinming Hou. Cross-regional electricity and hydrogen deployment research based on coordinated optimization // Energy Reports. 2022. Vol. 8. P. 13900–13913.
- Galeev A. G. Review of engineering solutions applicable in tests of liquid rocket engines and propulsion systems employing hydrogen as a fuel and relevant safety assurance aspects // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42, Iss. 32. P. 25037–25047.
- Ленский А. Б., Черемных О. Я., Лавренченко Г. К. Жидкие кислород и водород: от ракеты Циолковского до ракетно-космического комплекса «Энергия-Буран» // Технические газы. 2013. № 5. С. 3–14.
- Пригожин В. И., Коваль А. И., Савич А. Р. Опыт применения водорода в ОАО КБХА при проведении испытаний жидкостных ракетных двигателей, их агрегатов и энергоустановок // Альтернативная энергетика и экология. 2008. № 3 (59). С. 87–94.
- Пиунов В. Ю., Назаров В. П., Коломенцев А. И. Совершенствование энергетических характеристик кислородно-водородных жидкостных ракетных двигателей разгонных блоков методом оптимизации конструктивных схем // Вестник МАИ. 2017. Т. 24, № 3. С. 23–33.
- Галкина Е. Е., Дайнов М. И., Метечко Л. Б. Экономическая эффективность системы менеджмента безопасности труда и охраны здоровья на предприятиях авиастроения // Вестник МАИ. 2017. Т. 24, № 1. С. 218–225.
- Боровик И. Н. Формирование технического облика жидкостной ракетной двигательной установки многоразового межорбитального транспортного аппарата // Вестник МАИ. 2011. Т. 18, № 2. С. 98–107.
- Демонстратор двухступенчатой многоразовой транспортной космической системы с использованием жидкостных ракетных двигателей и гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя / Козлов А. А., Аврашков В. Н., Боровик И. Н. и др. // Вестник МАИ. 2016. Т. 23, № 2. С. 62–70.
- Березанская Е. Л., Курпатенков В. Д., Шутов Н. В. Газогенераторы жидкостных ракетных двигателей. М. : Изд-во МАИ, 1982. 56 с.
- Аунг К. М., Коломенцев А. И., Мартиросов Д. С. Математическое моделирование регулятора расхода жидкостного ракетного двигателя во временной и частотной областях // Вестник МАИ. 2021. Т. 28, № 1. С. 96–106. Doi: 10.34759/vst-2021-1-96-106.
- Чубенко Т. А., Максимов А. Д. Исследование процесса течения рабочего тела в камере жидкостного ракетного двигателя при различных моделях горения топливной пары «кислород-водород» // XLVII Гагаринские чтения 2021 : сб. тез. работ XLVII Междунар. молодёжной науч. конф. (20–23 апреля 2021, г. Москва). М. : Перо, 2021. С. 193–194.
- Пономарев А. А., Пономарев Н. Б. Исследование потерь удельного импульса тяги из-за неоднородностей состава продуктов сгорания // Вестник МАИ. 2010. Т. 17, № 6. С. 66–71.
- Бирюков В. И., Кочетков Ю. М., Зенин Е. С. Определение потерь удельного импульса тяги из-за химической неравновесности в энергоустановках летательных аппаратов // Вестник МАИ. 2017. Т. 24, № 2. С. 42–49.
- Расчёт и конструирование агрегатов ЖРД / Гуртовой А. А., Иванов А. В, Скоморохов Г. И. и др. Воронеж : ВГТУ. 2016. 166 c.
- Численное моделирование рабочего процесса в камере сгорания жидкостных ракетных двигателей с дожиганием генераторного газа при сверхкритических параметрах / Бачев Н. Л., Матюнин О. О., Козлов А. А. и др. // Вестник МАИ. 2011. Т. 18, № 2. С. 108–116.
- Гидаспов В. Ю., Москаленко О. А., Пирумов У. Г. Численное моделирование стационарных волн горения и детонации в керосино-воздушной горючей смеси // Вестник МАИ. 2014. Т. 21, № 1. С. 169–177.
- Развитие концепции многоразового жидкостного ракетного двигателя на трёхкомпонентном топливе / В. А. Беляков, Д. О. Василевский, А. А. Ермашкевич и др. // Сибирский аэрокосмический журнал. 2021. Т. 22, № 1. С. 121–136. Doi: 10.31772/2712-8970-2021-22-1-121-136.
- Daniel Lozano-Martin., Alejandro Moreau., Cesar R. Chamorro Thermophysical properties of hydrogen mixtures relevant for the development of the hydrogen economy: Review of available experimental data and thermodynamic models // Renewable Energy. 2022. Vol. 198. P. 1398–1429.
- Трусов Б. Г. Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах [Электронный ресурс]. URL: www.lpre.de/resources/software/astra4.txt (дата обращения: 09.10.2023).
- Жежера С. А. Федченко С. А. Анализ методик термодинамического расчета жидкостных ракетных двигателей // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы VII Междунар. науч.-практ. конф., посвященной Дню космонавтики: (12–16 апреля 2021 г., г. Красноярск) в 3 т. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. ун-т науки и технологий им. Академика М. Ф. Решетнева. Красноярск, 2021. С. 201–203.
- Моделирование и верификация параметров рабочего процесса в газогенераторах наддува топливных баков жидкостных ракетных двигательных установок / М. Л. Шелудько, В. П. Назаров, К. О. Зенюк, Л. П. Назарова // Сибирский аэрокосмический журнал. 2022. Т. 23, № 3. С. 520–530. Doi: 10.31772/2712-8970-2022-23-3-520-530.
- Василевский Д. О. Верификация термодинамических параметров смеси генераторного газа на кислород-водородном топливе при высоком и низком избытке одного из компонентов топлива // Математическое моделирование : тез. II Междунар. конф. (21–22 июля 2021 г.). М. : Перо, 2021. C. 13–14.
