Влияние степени нерасчетности инжектируемой струи на силовые характеристики ракетного двигателя

Н.В. Быков, К.А. Бырдин, В.С. Макаренко

Инженерный журнал: наука и инновации

# 2·2017

намики (CFD) позволяют проводить компьютерное моделирование

процессов инжекции с высокой точностью и за относительно корот-

кое время [4]. Благодаря этому можно оценивать и сравнивать между

собой рабочие характеристики различных вариантов газодинамиче-

ских органов управления, что еще на этапе проектирования дает воз-

можность выбрать наиболее рациональные технические решения.

Результаты численного моделирования течения газа в сопле ра-

кетного двигателя, а также их сравнение с экспериментальными дан-

ными довольно подробно описаны в литературе [5, 6]. Имеется также

целый ряд работ, касающихся моделирования инжекции газа как

в свободный сверхзвуковой поток, так и в сверхзвуковую часть сопла

[7–9]. Общим недостатком этих работ является ограниченность серии

расчетов, что не всегда позволяет выявить требуемые закономерно-

сти взаимодействия вторичной инжектируемой струи с основным по-

током.

Повсеместное использование СFD-пакетов в инженерной практике

сдерживается, как правило, тем, что для моделирования пространствен-

ных турбулентных течений необходимы расчетные сетки большой раз-

мерности, что в свою очередь требует высокой производительности вы-

числений, недоступной для персональных ЭВМ. В настоящей работе

для преодоления этой трудности применена своеобразная технология

распараллеливания, заключающаяся в том, что вычисления с различны-

ми начальными данными были запущены на различных ЭВМ. Таким

образом был получен довольно значительный объем результатов за

время, необходимое для проведения одного численного эксперимента.

Описание методики исследования.

В данной работе проведено

пространственное трехмерное моделирование инжекции газа в сверх-

звуковую часть сопла при различной степени нерасчетности вдувае-

мой струи, а затем исследована взаимосвязь тяговых и энергетических

характеристик двигательной установки с расходом инжектируемого

рабочего тела. Под степенью нерасчетности

здесь понимается отно-

шение полного давления в инжектируемой струе

к давлению

в сопле перед областью отрыва

В расчете были использованы уравнения сохранения аэрогазоди-

намики для вязкого сжимаемого газа, осредненные по Рейнольдсу

[10, 11]. Система определяющих уравнений замыкалась с помощью

модели турбулентности k–ω SST, поскольку она хорошо применима

для задач с большими градиентами термодинамических параметров,

достаточно точно предсказывает отрыв, а также довольно экономич-

на относительно затрат машинного времени [12]. Для численного мо-

делирования был использован программный пакет ANSYS Fluent.

Тестовые задачи.

Перед решением основной задачи была прове-

дена верификация решателя на двух тестовых задачах.