НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o356.Pdf (1007.61Кб)

УДК 623.454.255.2

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Проводится численное исследование течения воздуха в сверхзвуковом многоскачковом воздухозаборном устройстве (ВЗУ) прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД) на различных числах Маха полёта методами вычислительной гидромеханики с целью определения дроссельных и скоростных характеристик. Используется однопараметрическая модель турбулентности Спалларта-Алмареса, а также полиномиальная зависимость удельной теплоёмкости от температуры. Основное внимание уделено созданию расчётной модели в пакете прикладных программ и заданию граничных условий, определяющему фактору, который влияет на конечный результат. Предложен способ расчёта течения в тракте диффузора, позволяющий моделировать в стационарной постановке реальные процессы, посредством изменения типа граничного условия на выходе из ВЗУ и значения величины статического давления. Представленные результаты численного расчёта в виде полей распределения числа Маха потока воздуха наглядно демонстрируют изменение положения системы косых скачков и прямого замыкающего скачка в зависимости от скорости полёта. Для рассматриваемых вариантов полётных чисел Маха (2; 2,5; 3) построены дроссельные и скоростные характеристики по полученным в результате численного моделирования значениям коэффициента восстановления полного давления и коэффициента расхода в зависимости от величины полного давления на выходе из диффузора. Наглядно продемонстрированы рамки оптимального режима работы для рассматриваемого ВЗУ. Доказана адекватность построенной модели при заданных граничных условиях и методике проведения расчёта. Результирующие дроссельные и скоростные характеристики могут в дальнейшем использоваться для внешнебаллистического проектирования, а также в качестве исходных данных для определения рабочих параметров проточного тракта ПВРД в целом.

1. Donde P., Marathe A.G., Sudhakar K. Starting in Hypersonic Intakes // 42^th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2006. AIAA 2006-4510. DOI: 10.2514/6.2006-4510
2. Krause M., Ballmann J. Numerical Simulations and Design of a Scramjet Intake Using Two Different RANS Solvers // 43^th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2007. AIAA 2007-5423. DOI: 10.2514/6.2007-5423
3. Matthews A.J., Jones T.V. Design and Test of a Modular Waverider Hypersonic Intake // AIAA/CIRA 13^th International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies, 2005. AIAA 2005-3379. DOI:10.2514/6.2005-3379
4. Tokunaga H., Koori K., Ikegami Y., Sato J., Yoshida A. Development of Wide-Range Supersonic Intake for Variable Flow Ducted Rocket Engine // 45^th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2009. AIAA 2009-5223. DOI: 10.2514/6.2009-5223
5. Satyanarayana A., Theerthamalai P., Santhakumar S. Computational Aerodynamic Study of Body-Intake Configurations // 44^th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 2006. AIAA 2006-861. DOI: 10.2514/6.2006-861
6. Williams M.J., Stevens K.A. Computational Prediction of Subsonic Intake Spillage Drag // 24^th Applied Aerodynamic Conference, 2006. AIAA 2006-3871. DOI: 10.2514/6.2006-3871
7. Masud J., Akram F. Flow Field and Performance Analysis of an Integrated Diverterless Supersonic Inlet // 48^th AIAA aerospace sciences meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2010. AIAA 2010-481. DOI: 10.2514/6.2010-481
8. Fincham J., Taylor N.V. Freestream Disturbance Effects on an Axisymmetric Hypersonic Intake // 47^th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2011. AIAA 2011-5760. DOI: 10.2514/6.2011-5760
9. Kurth G., Bauer C. Air Intake Development for Supersonic Missiles // 44^th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2008. AIAA 2008-5263. DOI: 10.2514/6.2008-5263
10. Meerts C., Steelant J. Air Intake Design for the Acceleration Propulsion Unit of the LAPCAT MR2 Hypersonic Aircraft // 5^th European Conference for Aeronautics and Space Sciences (EUCASS 2013). 2013. Art. no. a414. Available at: http://congress.cimne.com/eucass2013/admin/files/fileabstract/a414.pdf, accessed 01.10.2014.
11. Зеленцов В.В., Фёдоров А.А., Серпинский О.С. Определение выходных характеристик ВЗУ коробчатого типа при сверхзвуковых скоростях набегающего потока // XXXX Научно-техническая конференция «Проектирование систем» (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 30 января - 1 февраля 2013 г.): тез. докл.
12. Обносов Б.В., Сорокин В.А., Яновский Л.С., Балыко Ю.П., Францкевич В.П., Ягодников Д.А., Животов Н.П., Суриков Е.В., Шаров М.С., Тихомиров М.А. Конструкция и проектирование комбинированных ракетных двигателей на твердом топливе / под общ. ред. Б.В. Обносова, В.А. Сорокина. М.: Изд-во МГТУ им. Н . Э . Баумана , 2012. 279 с .
13. Moerel J.-L., Veraar R.G., Halswijk W.H.C., Pimentel R., Corriveau D., Hamel N., Lesage F., Vos J.B. Internal Flow Characteristics of a Rectangular Ramjet Air Intake // 45^th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2009. AIAA 2009-5076. DOI: 10.2514/6.2009-5076
14. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. В 2 т. Т. 1: пер. с англ. М.: Мир, 1990. 384 с .
15. Руководство для конструкторов по аэродинамике диффузоров сверхзвуковых воздушно-реактивных двигателей. Вып. 1. Расчёт геометрических размеров сверхзвуковых диффузоров. М.: Оборонгиз, 1958.