ВЗАЄМОДІЯ АКУСТИЧНИХ КОЛИВАНЬ ПРОДУКТІВ ЗГОРЯННЯ В КАМЕРІ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ УСТАНОВКИ З ВІБРАЦИЯМИ КОРПУСУ
Ключові слова:
solid-propellant propulsion system, operating process stability, combustion chamber, dynamic interaction of acoustic oscillations and structural vibrations.Анотація
Найбільш критичні режими роботи камер енергетичних установок часто зумовлені розвитком динамічних процесів, які характеризуються наднормативними величинами режимних параметрів. Стрибки тиску та різке зростання локальної температури продуктів згоряння можуть призводити до порушення міцності та руйнування конструкції камери згоряння, переходу на критичний режим роботи енергетичної установки, аж до згасання процесу горіння палива в установці.
Розроблено підхід для вирішення задач динаміки енергетичних установок – оцінка впливу акустичних коливань продуктів згоряння в камері з урахуванням їх взаємодії з корпусом твердопаливної установки та з урахуванням демпфування коливань палива та конструкції корпусу на динамічні (акустичні) процеси в камерах згоряння.
Проведено чисельні дослідження щодо динамічної взаємодії робочого процесу у енергетичних установках на твердому паливі з просторовими коливаннями корпусу. Для отримання розуміння механізму цього зв’язку динамічну взаємодію між коливаннями тиску та поздовжніми коливаннями конструкції корпусу досліджено за допомогою методу гармонічного аналізу (при величині гармонічного збурення ~1 % від величини тяги). Показано, що динамічний зв’язок між коливаннями конструкції корпусу та акустичними коливаннями в об’ємі продуктів згоряння камери згоряння слід враховувати при дослідженні стійкості енергетичних установок. Активний прояв динамічного зв'язку між коливаннями конструкції установки та акустичними коливаннями реалізується у разі близькості частот власних коливань корпусу та акустичних коливань у камері енергетичної установки. Показано, що на певних частотах (залежно від фазових співвідношень) акустичні коливання тиску в камері згоряння можуть посилюватися або послаблюватися. Регулювання цього динамічного процесу з метою зниження рівня коливань у певному діапазоні часу польоту вимагає вирішення таких завдань: подальшого вивчення впливу на ці динамічні процеси особливостей форми проточної частини камери, впливу її режимних параметрів або впливу можливих демпфуючих елементів конструкції камери згоряння.
ПОСИЛАННЯ
1. Nikolayev O. D., Bashliy I. D., Khoriak N. V., Bondarenko S. H. Effect of the surface roughness of a power plant chamber on low-frequency self-oscillations of a cold working gas. TM. 2023. №3. P.3–17. https://doi.org/10.15407/itm2023.03.003
2. Pylypenko O. V., Nikolayev O. D., Khoriak N. V., Bashliy I. D., Dolgopolov S. I. Dynamic processes in solid rocket motors and their interaction with rocket structure vibrations: the state of the art and current problems. ТМ. 2023. №1. P.3–13. https://doi.org/10.15407/itm2023.01.003
3. Dotson K. W., Koshigoe S., Pace K. K. Vortex driven pressure oscillations in the Titan IV solid rocket motor upgrade Pace. 31st Propulsion Conference and Exhibit., San-Diego, CA. Copyright 1995 by American Institute of Aeronautics and Astronautics. 1995. July 10 – 12. 11 p. https://doi.org/10.2514/6.1995-2732
4. Zhang Q., Wang N., Li J., Su W., Zhang Y. Effect of the head cavity on pressure oscillation suppression characteristics in large solid rocket motors. Science China. Technological Sciences. 2015. July. Vol. 58, No.7. P. 1250 –1262. https://doi.org/10.1007/s11431-015-5834-z
5. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). Санкт-Петербург: Питер, 2004. 560 c.
6. Kirk Dotson W.Interaction Between Solid Rocket Motor Internal Flow and Structure During Flight. Journal of Propulsion and Power. 2007. Vol. 23, No. 1. (January–February). P. 140–145. https://doi:10.2514/1.20477
7. Mason D., Morstadt R., Cannon S., Gross E., Nielsen D. Pressure oscillations and structural vibration in space shuttle RSRM and ETM-3 Motors. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. 11–14 July. Fort Launderdale. Florida. 2004. P. 1–17. https://doi.org/10.2514/6.2004-3898
8. Волков К. Н., Емельянов В. Н. Газовые течения с массоподводом в каналах и трактах энергоустановок. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011. 464 с.
9. Калинин В. В., Ковалев Ю. Н., Липанов А. М. Нестационарные процессы и методы проектирования узлов РДТТ. М.: Машиностроение, 1986. 216 с.
10. Зенкевич О. К. Метод конечных элементов в технике: Пер. с англ. М.: Мир, 1975.541c.
