Особенности использования центробежных двухступенчатых форсунок в конструкции гибридных ракетных двигателей глубокого регулирования тяги

И. С. Шулев

Аннотация


В данной работе приводится пример совершенствования конструкции гибридного
ракетного двигателя для реализации глубокого гибкого регулирования тяги, в частности рассматривается форсунка распыления системы подачи жидкого компонента. Проанализированы две конструктивные схемы двухступенчатых центробежных форсунок,
предназначенные для реализации глубокого регулирования расхода, показаны особенности работы таких форсунок при наличии глубокого регулирования расхода через форсунку, а также описаны основные особенности такой работы. Показана эффективность и преимущества двухступенчатой центробежной форсунки относительно одноступенчатой центробежной форсунки. Рассмотрена система уравнений, включающая
уравнение сохранения количества движения жидкости, уравнение неразрывности с замыкающими зависимостями расхода через форсунку и геометрической характеристики. Обозначены особенности работы двухступенчатой форсунки, которые заключаются
в изменении угла распыления в широком диапазоне (60–120°) в зависимости от режима
работы при глубоком дросселировании расхода через двухступенчатую форсунку, что
приводит к нестабильной работе двигателя, а именно к неустойчивому горению, колебанию давления и ухудшению качества процесса распыления. Приведены методы направленные на сокращение диапазона угла распыления на режиме глубокого регулирования расхода. Показана принципиальная конструкция модернизированной двухступенчатой центробежной форсунки, способствующая сокращению диапазона изменения угла распыления при глубоком дросселировании расхода за счет специально профилированного сопла распылителя. Обозначены основные условия проектирования данной кольцевой проточки, а также представлена методика расчета в виде блок-схемы программы расчета двухступенчатой модернизированной форсунки с уменьшенным диапазоном изменения угла распыления.

Ключевые слова


гибридный ракетный двигатель глубокого регулирования; двух- ступенчатая центробежная форсунка; глубокое гибкое регулирование тяги

Полный текст:

PDF

Литература


Gubertov А.М., Mironov V.V., Gollender R.G. Processy v gibridnykh raketnykh dvigatelyakh [Processes in Hybrid Rocket Engines]. Мoscow, Nauka Publ., 2008. 405 p.

Gromiko B. Perspektivnaya sistema regulirovaniya gidkostnikh reaktivnykh dvigateley [Perspective Controlling Systems of Liquid Jet Engines]. Dvigatel [Engine], 2001, no. 5 (17), pp. 28–30. (in Russ.)

Horolskii P.G., Bondarenko S.G. Ballisticheskaya celesoobraznost glubokogo regulirovaniya marshevyk dvigateley raket-nositeley [Ballistic Expediency of Deep Controlling of Main Engines of Carrier Rockets]. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tehnologii, 2006, no. 10 (36), pp. 11–13.

Horolskii P.G., Bondarenko S.G. Otsenka effektivnosti odnogo varianta primeneniya glubokogo gibkogo regulirovaniya tyagi dlya vivedeniya poleznoy nagruzki [Estimation of Efficiency of One Variant of Using of Deep Thrust Controlling for Launching of Payload]. Vestnik dvigatelestroeniya, 2010,

no. 2, pp. 79–81. (in Russ.)

Horolskii P.G. Otsenka ballisticheskoi tselesoobraznosti primeneniya raketnykh dvigateley s glubokim drosselirovaniem tyagi na pervykh stupenyakh raket-nositeley [Ballistic Estimation of Using Rocket

Engines with Deep Thrust Controlling in the First Stage of Carrier-Rocket]. Mekhanika mashinostroeniya, 2011, no. 1, pp. 30–37. (in Russ.)

Siharulidze U.G., Karpov A.S., Ivanov R.K. Kontseptsiya upravleniya raketoy-nositelem vozdushnogo starta s kompensatsiey nachalnykh oshibok po dalnosti i vremeni pri pryamom vyvedenii v tochku vstrechi na orbitu [Conception of Air-Launch Carrier-Rocket Controlling with Compensation of Starting Mistakes in Distance and Time During Straight Launch in Orbit Spot]. Kosmicheskie issledovaniya, 2005, no. 5, pp. 358–377. (in Russ.)

Mihailov V.V., Bazarov B.G. Drosseliruemye zhidkostnye raketnye dvigateli [Throttling Liquid Rocket Engines]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1985. 168 p.

Ziraksaz M.H. Experimental Investigation of Swirl Atomizer Spray Defections. Mechanica, 2014, vol. 49, pp. 2747–2755. doi 10.1007/s11012-014-0036-5.

Zhao J., Yang L. Simulation and Experimental Study on the Atomization Character of the Pressure-Swirl Nozzle. Open Journal of Fluid Dynamics, 2012, vol. 2, no. 4A, pp. 271–277. doi: 10.4236/ojfd.2012.24A032.

Jeng S.M., Jog M.A., Benjamin M.A. Computational and experimental study of liquid sheet emanating from simplex fuel nozzle. AIAA Journal, 1998, Vol. 36 (2), pp. 201–207.

Dityatkin U.F., Klyachko L.A., Novikov B.V., Jagodkin V.I. Raspylivanie zhidkostey [Spraying of Liquids]. Мoscow, Mashinostroenie Publ., 1977. 208 p.

Vasilev A.P., Kudryavcev V.M., Kuznecov V.A. Osnovy teorii i rashcheta zhidkostnykh raketnykh dvigateley [Theory and Calculation of Liquid Rocket Engines]. 3nd ed. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1983. 703 p.

Havkin U.I. Tsentrobezhnye forsunki [Centrifugical Atomazers]. Leningrad, Mashinostroenie Publ., 1976. 168 p.

Shulev I.S., Kartashev A.L. Tsentrobezhnaya forsunka [Centrifugal Atomizer]. Patent RF, no. 134829, 2013.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.