ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

UDC 533.6.013.14 : 629.1.025.3

Технічна механіка, 2022, 2, 39 - 46

ТЕЧІЯ ГАЗУ В УКОРОЧЕНОМУ СОПЛІ ЛАВАЛЮ З ДЗВОНОПОДІБНИМ НАСАДКОМ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2022.02.039

Ігнатьєв О. Д., Прядко Н. С., Стрельников Г. О., Тернова К. В.

Ігнатьєв О. Д.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Прядко Н. С.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Стрельников Г. О.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Тернова К. В.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      Досліджується потік у вкороченому надзвуковому соплі Лаваля з дзвоноподібним насадком («дзвоном»). Така конфігурація сопла може використовуватися при створенні щільних компоновок багатоступінчастих ракет малої довжини з підвищеними енергомасовими характеристиками. Подібні види сопел розроблені в Інституті технічної механіки НАН та НКА України (ІТМ) у 90-х роках минулого сторіччя. З використанням наближених методів було проведено розрахункові дослідження параметрів різних видів укорочених сопел, виготовлені моделі таких сопел. Проведено продування холодним повітрям деяких моделей з вимірюванням їх характеристик. Отримано тіньові картини течії газу за соплом, сажемасляні картини ліній струму на стінці сопла. Ці результати були використані під час постановки цієї роботи.
      У представленій роботі проводиться чисельне дослідження з використанням пакета «АNSYS» течії газу в укороченому соплі Лаваля зі сферичним насадком. Для цієї конфігурації сопла було проведено продування моделі холодним повітрям. Результати розрахунків верифіковані шляхом порівняння розподілу швидкостей в газовому потоці за його зрізом з експериментальними тіньовими картинами. Додатковим підтвердженням коректності отриманих результатів було порівняння течії за профільованим лінією струму соплом Лаваля з докладно дослідженою структурою течії недорозширеного потоку за зрізом сопла в першій «бочці» (до диска Маха). При постановці завдання в обох випадках вибиралися однакові вихідні дані та початкові умови, що дають найкращі (в сенсі верифіковання) результати.
      Дослідження течії в укороченому надзвуковому соплі показали наступне. За кутовою вихідною точкою укороченої ділянки сопла Лаваля з переходом потоку газу у «дзвін» спостерігається відрив потоку. Відрив зберігається при збільшенні тиску перед соплом аж до деякої критичної (для даного типу насадка) величини ступеня нерозрахунковості, після якого з подальшим збільшенням ступеня нерозрахунковості потік приєднується до стінки насадка, залишаючись приєднаним з подальшим збільшенням тиску перед соплом. Імпульсна характеристика укороченого сопла з дзвоновим насадком нижче значення для сопла Лаваля, спрофільованого по лінії струму того ж геометричного ступеня розширення.
     

Сопло Лаваля, вкорочене сопло, дзвоноподібний насадок, структура потоку

1. США, НИР по интегрированной ступени ракеты ISC / Ракетная техника и космонавтика: Экспресс-информация. 1987, Сер. 1. № 19/20. С. 2–10.

2. Sergio Perez-Roca, JulienMarzat, HelenePiet Lahanier, NicolasLanglois, FrancoisFarago A survey of automatic control methods for liquid-propellant rocket engines. Progress in Aerospace Sciences, 2019. Volume 107, May Pр. 63–84. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2019.03.002

3. Коваленко Н. Д., Стрельников Г. А., Гора, Ю. В. Гребенюк Л. З. Газодинамика сверхзвуковых укороченных сопел. Изд «Наукова думка», 1993. 223 с.

4. Стрельников Г. А. Регулируемые сверхзвуковые сопла малой длины. Днепропетровск: изд. ДГУ, 1993. 191 с.

5. K. N. Volkov, V. N. Emel'yanov, and P. S. Chernyshov FLOW DYNAMICS AND ACOUSTICS OF THE GAS JET EMANATING FROM A CONICAL NOZZLE INTO AN IMMERSED SPACE / Journal of Engineering Physics and Thermophysics, Vol. 95, No. 2, March, 2022, Pp. 409-420 https://doi.org/10.1007/s10891-022-02495-x

6. Yu V Kaun, N A Brykov and M V Chernyshov Numerical simulation of gas flow in nozzle channels with a central body. APITECH III 2021 Journal of Physics: Conference Series, 2094 (2021) 042083, IOP Publishing, Pp. 1–6. doi:10.1088/1742-6596/2094/4/042083 https://doi.org/10.1088/1742-6596/2094/4/042083

7. Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. Издание 5. Издательство «Наука». М. 1991.

Copyright (©) 2022 Ігнатьєв О. Д., Прядко Н. С., Стрельников Г. О., Тернова К. В.

Copyright © 2014-2022 Технічна механіка