Шишков А.А. - Рабочие процессы в ракетных двигателях...

Предисловие .......................................................................................................................................................... 5 Глава 1. Ракетные двигатели твердого топлива...............................................................................................10 1.1. Области применения ...............................................................................................................................10 1.2. Твердые ракетные топлива .....................................................................................................................17 1.3. Основные элементы конструкции......................................................................................................... 23 1.3.1. Корпус и сопло...................................................................................................................................... 25 1.3.2. Заряд твердого топлива ........................................................................................................................ 30 1.3.3. Устройства создания управляющих усилий ...................................................................................... 35 1.3.4. Воспламенительное устройство .......................................................................................................... 39 1.3.5. Узел отсечки тяги ................................................................................................................................. 41 1.4. Моделирование рабочих процессов в РДТТ ......................................................................................... 43

Глава 2. Горение заряда твердого топлива....................................................................................................... 46 2.1. Скорость горения твердого топлива ...................................................................................................... 46 2.2. Термодинамический расчет процессов горения и истечения ............................................................. 52 2.3. Изменение давления в РДТТ во времени .............................................................................................. 56 2.3.1. Периоды работы РДТТ......................................................................................................................... 56 2.3.2. Неустойчивые режимы работы РДТТ................................................................................................. 59 2.3.3. Влияние вращения на внутреннюю баллистику РДТТ ..................................................................... 60 2.3.4. Анализ отказов двигателя при стендовых испытаниях .................................................................... 62 2.3.5. Горение стартового заряда в камере прямоточного двигателя ........................................................ 63 2.4. Регулирование РДТТ ............................................................................................................................... 65

Глава 3. Газодинамические процессы в РДТТ................................................................................................. 68 3.1. Одномерные течения ............................................................................................................................... 68 3.1.1. Квазистационарные процессы ............................................................................................................. 68 3.1.2. Газодинамические функции ................................................................................................................ 71 3.2. Местные сопротивления в РДТТ............................................................................................................ 73 3.2.1. Течение газа в предсопловом объеме ................................................................................................. 76 3.3. Течение газа в канале заряда твердого топлива ................................................................................... 78 3.3.1. Течение газа в цилиндрическом канале.............................................................................................. 78 3.3.2. Течение газа в каналах нецилиндрических форм .............................................................................. 81 3.4. Разброс параметров РДТТ....................................................................................................................... 89 3.5. Выход на режим установившейся работы............................................................................................. 93 3.5.1. Воспламенение заряда твердого топлива ........................................................................................... 93 3.5.2. Заполнение застойной зоны................................................................................................................. 99 3.5.3. Натекание в отсек между разделяющимися ступенями..................................................................101 3.6. Переходные процессы при отсечке тяги РДТТ...................................................................................103 3.6.1. Отсечка тяги путем вскрытия дополнительных сопел....................................................................103 3.6.2. Отделение части двигателя ................................................................................................................104 3.6.3. Гашение заряда твердого топлива.....................................................................................................105 3.6.4. Волновое движение газа.....................................................................................................................108 3.7. Двухмерное течение газа в канале заряда ...........................................................................................111

Глава 4. Газодинамические характеристики соплового блока.....................................................................115 4.1. Профилирование сопел РДТТ ..............................................................................................................115 4.1.1. Дозвуковая часть сопла ......................................................................................................................116 4.1.2. Коэффициент расхода сопел..............................................................................................................117 4.1.3. Профилирование сверхзвуковой части сопла для однофазных продуктов сгорания твердого топлива...........................................................................................................................................................120 4.1.4. Течение газа с частицами...................................................................................................................121 4.2. Потери удельного импульса в сопле....................................................................................................124 4.2.1. Составляющие потерь удельного импульса.....................................................................................124 4.2.2. Отсутствие кристаллизации в сопле .................................................................................................128 4.2.3. Одномерное течение...........................................................................................................................128 4.2.4. Уточнение потерь на физическую неравновесность многофазного потока ................................130 4.2.5. Потери удельного импульса многофазного потока из-за утопленности сопла ............................131 4.3. Эксцентриситет реактивной силы........................................................................................................133

4.4. Характеристики устройств создания управляющих усилий .............................................................137 4.4.1. Обтекание выдвижного щитка и дефлектора...................................................................................137 4.4.2. Вдув газа и впрыск жидкости в сопло ..............................................................................................139 4.4.3. Истечение недорасширенной струи навстречу сверхзвуковому потоку..................................142 4.5. Отрыв потока от стенок сопла..............................................................................................................144 4.6. Высотные испытания РДТТ..................................................................................................................147 4.6.1. Структура стендoв для высотных испытаний..................................................................................147 4.6.2. Пусковое давление цилиндрического выхлопного диффузора......................................................150 4.6.3. Изменение давления в двигателе, барокамере и выхлопном диффузоре.....................................153

Глава 5. Взаимодействие продуктов сгорания с материалами тракта РДТТ..............................................160 5.1. Компоненты воздействия......................................................................................................................160 5.2. Модели конвективного теплообмена...................................................................................................162 5.2.1. Интегральные соотношения теории пограничного слоя ................................................................164 5.2.2. Интегральная теория пограничного слоя .........................................................................................168 5.2.3. Моделирование пристенной турбулентности ..................................................................................174 5.2.4. Конвективный теплообмен на утопленной части сопла .................................................................178 5.2.5. Конвективный теплообмен за минимальным сечением сопла с цилиндрической горловиной........................................................................................................................................................................181 5.2.6. Конвективный теплообмен в возмущенной области при несимметричном вдуве газа в закритическую часть сопла..........................................................................................................................186 5.2.7. Нестационарный теплообмен в РДТТ ..............................................................................................186 5.2.8. Теплообмен на регуляторах расхода газа.........................................................................................191 5.2.9. Теплообмене многофазных течениях ...............................................................................................192 5.2.10. Свободная конвекция в РДТТ .........................................................................................................193 5.3. Радиационный теплообмен в РДТТ .....................................................................................................194 5.4. Воздействие газовых потоков на композиционные материалы ........................................................198 5.5. Воздействие газовых потоков на металлические элементы тракта РДТТ ....................................... 207 5.6. Воздействие многофазных потоков на композиционные материалы .............................................. 209 5.7. Тепловое состояние элементов РДТТ.................................................................................................. 214 5.8. Теплофизические и некоторые другие характеристики материалов ................................................ 219 5.9. Результаты испытаний тепловой защиты РДТТ................................................................................. 231

Список литературы ........................................................................................................................................... 236 Предметный указатель ..................................................................................................................................... 238

Предисловие

Глава 1. Ракетные двигатели твердого топлива

1.1. Области применения

1.2. Твердые ракетные топлива

1.3. Основные элементы конструкции

1.3.1. Корпус и сопло

1.3.2. Заряд твердого топлива

1.3.3. Устройства создания управляющих усилий

1.3.4. Воспламенительное устройство

1.3.5. Узел отсечки тяги

1.4. Моделирование рабочих процессов в РДТТ

Глава 2. Горение заряда твердого топлива

2.1. Скорость горения твердого топлива

2.2. Термодинамический расчет процессов горения и истечения

2.3. Изменение давления в РДТТ во времени

2.3.1. Периоды работы РДТТ

2.3.2. Неустойчивые режимы работы РДТТ

2.3.3. Влияние вращения на внутреннюю баллистику РДТТ

2.3.4. Анализ отказов двигателя при стендовых испытаниях

2.3.5. Горение стартового заряда в камере прямоточного двигателя

2.4. Регулирование РДТТ

Глава 3. Газодинамические процессы в РДТТ

3.1. Одномерные течения

3.1.1. Квазистационарные процессы

3.1.2. Газодинамические функции

3.2. Местные сопротивления в РДТТ

3.2.1. Течение газа в предсопловом объеме

3.3. Течение газа в канале заряда твердого топлива

3.3.1. Течение газа в цилиндрическом канале

3.3.2. Течение газа в каналах нецилиндрических форм

3.4. Разброс параметров РДТТ

3.5. Выход на режим установившейся работы

3.5.1. Воспламенение заряда твердого топлива

3.5.2. Заполнение застойной зоны

3.5.3. Натекание в отсек между разделяющимися ступенями

3.6. Переходные процессы при отсечке тяги РДТТ

3.6.1. Отсечка тяги путем вскрытия дополнительных сопел

3.6.2. Отделение части двигателя

3.6.3. Гашение заряда твердого топлива

3.6.4. Волновое движение газа

3.7. Двухмерное течение газа в канале заряда

Глава 4. Газодинамические характеристики соплового блока

4.1. Профилирование сопел РДТТ

4.1.1. Дозвуковая часть сопла

4.1.2. Коэффициент расхода сопел

4.1.3. Профилирование сверхзвуковой части сопла для однофазных продуктов сгорания твердого топлива

4.1.4. Течение газа с частицами

4.2. Потери удельного импульса в сопле

4.2.1. Составляющие потерь удельного импульса

4.2.2. Отсутствие кристаллизации в сопле

4.2.3. Одномерное течение

4.2.4. Уточнение потерь на физическую неравновесность многофазного потока

4.2.5. Потери удельного импульса многофазного потока из-за утопленности сопла

4.3. Эксцентриситет реактивной силы

4.4. Характеристики устройств создания управляющих усилий

4.4.1. Обтекание выдвижного щитка и дефлектора

4.4.2. Вдув газа и впрыск жидкости в сопло

4.4.3. Истечение недорасширенной струи навстречу сверхзвуковому потоку

4.5. Отрыв потока от стенок сопла

4.6. Высотные испытания РДТТ

4.6.1. Структура стендoв для высотных испытаний

4.6.2. Пусковое давление цилиндрического выхлопного диффузора

4.6.3. Изменение давления в двигателе, барокамере и выхлопном диффузоре

Глава 5. Взаимодействие продуктов сгорания с материалами тракта РДТТ

5.1. Компоненты воздействия

5.2. Модели конвективного теплообмена

5.2.1. Интегральные соотношения теории пограничного слоя

5.2.2. Интегральная теория пограничного слоя

5.2.3. Моделирование пристенной турбулентности

5.2.4. Конвективный теплообмен на утопленной части сопла

5.2.5. Конвективный теплообмен за минимальным сечением сопла с цилиндрической горловиной

5.2.6. Конвективный теплообмен в возмущенной области при несимметричном вдуве газа в закритическую часть сопла

5.2.7. Нестационарный теплообмен в РДТТ

5.2.8. Теплообмен на регуляторах расхода газа

5.2.9. Теплообмене многофазных течениях

5.2.10. Свободная конвекция в РДТТ

5.3. Радиационный теплообмен в РДТТ

5.4. Воздействие газовых потоков на композиционные материалы

5.5. Воздействие газовых потоков на металлические элементы тракта РДТТ

5.6. Воздействие многофазных потоков на композиционные материалы

5.7. Тепловое состояние элементов РДТТ

5.8. Теплофизические и некоторые другие характеристики материалов

5.9. Результаты испытаний тепловой защиты РДТТ

Список литературы

Предметный указатель