Tài liệu Nghiên cứu phương pháp xác định đường kính tiết diện tới hạn loa phụt động cơ tên lửa sử dụng nhiên liệu rắn hỗn hợp có tính đến tính chất hai pha sản phẩm cháy - Hoàng Thế Dũng: Cơ học & Điều khiển thiết bị bay
H. T. Dũng, L. S. Tùng, , “Nghiên cứu phương pháp hai pha sản phẩm cháy.” 322
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH
TIẾT DIỆN TỚI HẠN LOA PHỤT ĐỘNG CƠ TÊN LỬA SỬ DỤNG
NHIÊN LIỆU RẮN HỖN HỢP CÓ TÍNH ĐẾN TÍNH CHẤT
HAI PHA SẢN PHẨM CHÁY
Hoàng Thế Dũng*, Lê Song Tùng, Trịnh Hồng Anh,
Phạm Thanh Hải, Nguyễn Thành Sơn
Tóm tắt: Đường kính tiết diện tới hạn loa phụt là thông số kết cấu quan trọng có
ý nghĩa quyết định đến các thông số làm việc đặc trưng của động cơ tên lửa nhiên
liệu rắn. Bài báo trình bày phương pháp xác định đường kính tiết diện tới hạn loa
phụt động cơ tên lửa sử dụng nhiên liệu hỗn hợp khi trong thành phần sản phẩm
cháy xuất hiện pha khí và pha ngưng tụ (dạng lỏng hoặc rắn). Từ đó tìm ra quy luật
biến đổi áp suất làm việc trong buồng đốt động cơ làm cơ sở tính toán, thiết kế, chế
tạo và thử nghiệm động cơ tên lửa sử dụng nhiên liệu hỗn hợp.
Từ khóa: Động cơ tên lửa (ĐTR), Nhiên liệu hỗn hợp,Loa phụt, Đường...
10 trang |
Chia sẻ: quangot475 | Lượt xem: 504 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu phương pháp xác định đường kính tiết diện tới hạn loa phụt động cơ tên lửa sử dụng nhiên liệu rắn hỗn hợp có tính đến tính chất hai pha sản phẩm cháy - Hoàng Thế Dũng, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Cơ học & Điều khiển thiết bị bay
H. T. Dũng, L. S. Tùng, , “Nghiên cứu phương pháp hai pha sản phẩm cháy.” 322
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH
TIẾT DIỆN TỚI HẠN LOA PHỤT ĐỘNG CƠ TÊN LỬA SỬ DỤNG
NHIÊN LIỆU RẮN HỖN HỢP CÓ TÍNH ĐẾN TÍNH CHẤT
HAI PHA SẢN PHẨM CHÁY
Hoàng Thế Dũng*, Lê Song Tùng, Trịnh Hồng Anh,
Phạm Thanh Hải, Nguyễn Thành Sơn
Tóm tắt: Đường kính tiết diện tới hạn loa phụt là thông số kết cấu quan trọng có
ý nghĩa quyết định đến các thông số làm việc đặc trưng của động cơ tên lửa nhiên
liệu rắn. Bài báo trình bày phương pháp xác định đường kính tiết diện tới hạn loa
phụt động cơ tên lửa sử dụng nhiên liệu hỗn hợp khi trong thành phần sản phẩm
cháy xuất hiện pha khí và pha ngưng tụ (dạng lỏng hoặc rắn). Từ đó tìm ra quy luật
biến đổi áp suất làm việc trong buồng đốt động cơ làm cơ sở tính toán, thiết kế, chế
tạo và thử nghiệm động cơ tên lửa sử dụng nhiên liệu hỗn hợp.
Từ khóa: Động cơ tên lửa (ĐTR), Nhiên liệu hỗn hợp,Loa phụt, Đường kính tới hạn.
1. MỞ ĐẦU
Tính chất sản phẩm cháy hai pha của thuốc phóng hỗn hợp được đặc trưng bởi
sự không cân bằng vận tốc và nhiệt độ giữa pha ngưng tụ (dạng rắn hoặc lỏng) và
pha khí, do vậy xuất hiện hiện tượng trao đổi nhiệt và động năng giữa pha khí và
pha ngưng tụ. Theo cơ chế này, các hạt ngưng tụ được tăng tốc bởi lực nhớt của
khí (do đó làm giảm tốc độ dòng khí) và truyền nhiệt sang pha khí (do các hạt có
nhiệt độ cao hơn). Đây là nguyên nhân chính gây nên tổn thất dòng chảy, tổn thất
áp suất làm việc trong buồng đốt động cơ. Do đó, khi xem xét trên cùng một động
cơ sử dụng liều phóng hỗn hợp xác định, để đảm bảo động cơ hoạt động ở một áp
suất mong muốn, cần xác định đường kính tiết diện tới hạn loa phụt phù hợp có
tính đến ảnh hưởng của sản phẩm cháy hai pha.
2. ĐẶT BÀI TOÁN
2.1. Xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả các quá trình lý – hóa xảy ra
trong buồng đốt động cơ tên lửa sử dụng nhiên liệu rắn hỗn hợp
Các giả thiết cơ bản: Thuốc mồi cháy tức thời với áp suất mồi pm đảm bảo bùng
cháy tin cậy tất cả các bề mặt cháy của liều phóng; Bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt
lượng sản phẩm cháy (SPC) thuốc mồi trong giai đoạn cháy ban đầu của liều nhiên
liệu; Toàn bộ thể tích tự do buồng đốt bị chiếm chỗ bởi SPC thuốc phóng cho đến
tận tiết diện ra của loa phụt; Thể tích chiếm chỗ của các hạt trong buồng đốt, lực
hấp dẫn và lực điện từ là nhỏ và có thể bỏ qua.SPC trong loa phụt là hỗn hợp của
khí và các phần tử hạt ngưng tụ có kích thước bằng nhau nhưng có vận tốc và nhiệt
độ khác nhau; Thành phần pha khí là khí lý tưởng.
Hệ phương trình xác định sự biến đổi áp suất và nhiệt độ SPC trong buồng đốt
ĐTR có thể xác định từ việc xét đồng thời các quy luật bảo toàn khối lượng và
năng lượng, được thiết lập từ các phương trình sau [1], [4]:
- Phương trình trạng thái khí:
;khpW RT (1)
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 323
- Phương trình bảo toàn khối lượng:
;LP
d d Wp
m m
dt dt RT
(2)
- Phương trình bảo toàn năng lượng:
;
dU dQ dL
dt dt dt
(3)
- Phương trình vận tốc cháy thuốc phóng:
u = ε·f(Tbd)·u1p
v; (4)
- Phương trình biến đổi thể tích tự do của buồng đốt:
0
0
,
t
W W Sudt (5)
trong đó, ω là khối lượng SPC lưu lại trong buồng đốt, [kg]; m là lưu lượng sinh khí
SPC, [kg/s]; LPm là lưu lượng SPC đi qua loa phụt, [kg/s]; W0 là thể tích tự do ban đầu
của buồng đốt, [m3]; S là diện tích bề mặt cháy liều phóng, [m]; u1, v, ε tương ứng là
vận tốc cháy đơn vị, chỉ số mũ tốc độ cháy và hệ số cháy xói mòn; р là áp suất trong
buồng đốt, [Pa]; Tbd là nhiệt độ ban đầu của liều nhiên liệu, [K].
Khi xuất hiện các hạt ngưng tụ trong SPC, công thức tính lưu lượng sản phẩm
cháy qua loa phụt có dạng [3]:
1
,
1
LP kh T khm m m m
(6)
trong đó:
k th
kh
A F p
m
RT
là lưu lượng pha khí qua loa phụt động cơ, [kg/s];
1
12
1
k
k
kA k
k
là
hằng số lưu lượng;Fth là diện tích tiết diện tới hạn loa phụt, [m
2]; Tm là lưu lượng
các hạt pha ngưng tụ qua loa phụt động cơ, [kg/s]; T LPm m là tỷ lệ khối lượng
pha ngưng tụ trong SPC (được xác định từ tính toán nhiệt động hoặc được xác định
từ thực nghiệm).
Biểu thức (3) được khai triển như sau:
1) Sự biến đổi nội năng của SPC trong buồng đốt:
,
o
o o nl
nl nl
dU d Wp d Wp Wp dU
U U
dt dt RT dt RT RT dt
(7)
trong đó, nội năng riêng toàn phần của SPC onlU ở áp suất p và nhiệt độ T được xác
định như sau [2]:
.
1 1
o
nl
R p
U c T T
k k
(8)
2) Công thực hiện quá trình giãn nở sản phẩm cháy trong buồng đốt:
.
TP
dL dW m
p p
dt dt
(9)
3) Sự biến đổi nhiệt lượng trong buồng đốt là hiệu số giữa lượng nhiệt cấp vào
buồng đốt từ quá trình cháy nhiên liệu với lượng nhiệt mất đi do dòng SPC chảy
Cơ học & Điều khiển thiết bị bay
H. T. Dũng, L. S. Tùng, , “Nghiên cứu phương pháp hai pha sản phẩm cháy.” 324
qua loa phụt và lượng nhiệt truyền cho vỏ buồng đốt:
1 2 3 4 ,
dQ dQ dQ dQ dQ
dt dt dt dt dt
(10)
trong đó:
1 onl BT
dQ
m U
dt
là lượng nhiệt do nhiên liệu cháy cấp vào buồng đốt trong một đơn
vị thời gian, [J/s]; 2 kh p
dQ
m c T
dt
là lượng nhiệt mất đi do dòng khí chảy qua loa
phụt trong một đơn vị thời gian, [J/s];
2
3
2
dQ w
m c T
dt
là lượng nhiệt mất đi
do dòng pha ngưng tụ qua loa phụt trong một đơn vị thời gian,
[J/s]; 4 Vo Vo
dQ
S T T
dt
là lượng nhiệt truyền cho vỏ buồng đốt trong một đơn
vị thời gian, [J/s]; onl v vBTU c T là nội năng riêng toàn phần của nhiên liệu ở nhiệt
độ bình thường, [J/kg]; cv là nhiệt dung riêng đẳng tích của nhiên liệu, [J/(kg.K)];
Tv là nhiệt độ cháy đẳng tích, [K]; ,pc c tương ứng là nhiệt dung riêng đẳng áp của
pha khí và nhiệt dung riêng của pha ngưng tụ, [J/(kg.K)]; ,Vo VoS T tương ứng là diện
tích và nhiệt độ bề mặt thành buồng đốt, [m2], [K]; ,T w tương ứng là nhiệt độ và
vận tốc của các hạt pha ngưng tụ, [K, m/s].
là hệ số trao đổi nhiệt giữa sản phẩm cháy với thành buồng đốt, [W/mK], được
xác định từ mối liên hệ tiêu chuẩn Nusselt T như sau [2]:
,T T kh (11)
ở đây 167,5 . . .T J m kg s K đối với thành vỏ động cơ có lớp bảo vệ nhiệt và
418,7 . . .T J m kg s K đối với vỏ kim loại; kh là mật độ dòng khí trong buồng
đốt, [kg/m3].
Đặt 1 1 VoT T sử dụng phương trình trạng thái (1) ta có:
11 .Vo T VoVo Vo T kh Vo
dQ S
S T T TS p
dt R
(12)
Từ đó (10) trở thành:
2
1
2
o T V
nl kh pBT
dQ w S
m U m c T m c T p
dt R
(13)
Thay (7), (9) và (13) vào (3) chuyển vế ta có:
2
1
2
o
o onl
nl nlBT
T Vo
kh p
TP
Wp dU d Wp
m U U
RT dt dt RT
w S m
m c T m c T p p
R
(14)
Thay (2) và (6) vào (14),lưu ý o onl nl v vBTU U c T T và
o
nl
v
dU dT
c
dt dt
, sau
một số biến đổi nhận được:
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 325
2 2
2 2 1
1
1
k th
v
th TP Vo
k
TP TP
Wp dT A F p RT
mR T T
T dt
F p S m
kA k p
m R
(15)
trong đó:
2 2 21 11
1 1 1
w kh
p
c k
K K
c k
(16)
ở đây, w TK w w là hệ số không cân bằng động lực học, với Tw là vận tốc của các
hạt ngưng tụ và w là vận tốc dòng khí; 0T TK T T là hệ số không cân bằng nhiệt
độ, với TT là nhiệt độ của các hạt ngưng tụ và 0T là nhiệt độ hãm của khí trong
buồng đốt.
Biến đổi các vế (2), lưu ý đến (6):
.LP
TP
d RTdp m Wp
W p mRT m RT
dt RT dt
(17)
Cộng từng vế các biểu thức (15) và (17), sau khi rút gọn các số hạng đồng dạng
và giản ước ta có:
2 2
2 2
11 .
th TP
v k Vo
TP TP
dp F p p km
W mRT kA k S p
dt m R
(18)
Từ các phương trình (15), (18) và các điều kiện ban đầu nhận được hệ phương
trình vi phân đầy đủ xác định áp suất trong buồng đốt theo thời gian p = p(t):
2 2
2 2 1
2 2
2 2
1
1
2 2 2
1
1 ;
1 ;
;
;
1 1
1
1 1 1
k th
v
th TP Vo
k
TP TP
th TP
v k
TP
Vo
TP
TP
v
bd
w kh
p
Wp dT A F p RT
mR T T
T dt
F p S m
kA k p
m R
dp F p
W mRT kA
dt m
p km
k S p
R
dW m
dt
u f T u p
c k
K K
c k
0
; ; .T TT
w T
K K
w T
(19)
Các điều kiện đầu: khi t = 0, trong toàn bộ thể tích buồng đốt
;mp p ;mT T 0;W W 0m m . Trong đó: pm, Tm là áp suất và nhiệt độ mồi cháy
thuốc phóng. Tỷ khối pha ngưng tụ trong SPC và một số tham số thuật phóng
khác (mật độ SPC ρ, nhiệt độ cháy đẳng áp Tp, chỉ số đoạn nhiệt k...) được xác định
bằng phần mềm tính toán nhiệt khí động ASTRA [5].
Cơ học & Điều khiển thiết bị bay
H. T. Dũng, L. S. Tùng, , “Nghiên cứu phương pháp hai pha sản phẩm cháy.” 326
Hệ phương trình (27) là hệ phương trình vi phân bậc nhất có thể giải được bằng
phương pháp thông thường trên máy tính điện tử (ví dụ phương pháp Runge-Kutta).
2.2. Xác định đường kính tiết diện tới hạn loa phụt động cơ tên lửa sử dụng
nhiên liệu rắn hỗn hợp khi xuất hiện pha ngưng tụ trong sản phẩm cháy
Khi trong sản phẩm cháy xuất hiện pha ngưng tụ gây ra tổn thất dòng hai pha
trong loa phụt, do đó làm cho giá trị diện tích tới hạn thực tế nhỏ hơn giá trị lý
thuyết.
Thế giá trị khm và (6) vào (2) nhận được:
1 ;k th kh
A F p
m Su
RT
từ đó suy ra: 1k th TP kh
TP
A F p
RT
m
(20)
Với giai đoạn cháy ổn định p = pk= const; dp/dt = 0; T = Tk, ở đây pk, Tk là áp
suất và nhiệt độ trong buồng đốt ở giai đoạn động cơ làm việc ổn định. Thay (20)
vào (18) và chuyển vế nhận được:
2
12 22
1 1
1
TP kh v k k
k Vo
TP TP v TP v
RT p p
RT k S
mR T RTk
(21)
Vì ρkh và ρnhỏ hơn rất nhiều so với ρTP nên
2
1TP kh
TP TP
, do đó (21) trở thành:
22 1
v
k
RT
RT
k
(22)
ở đây, hệ số χ đặc trưng cho tổn thất nhiệt trong buồng đốt ĐTR và được xác định
từ công thức:
1 21 1
k k
Vo
v TP v
p p
k S
mR T RT
(23)
Khi 0; 1 các công thức (22) và (23) chính là các công thức tính lực
thuốc phóng và tổn thất nhiệt đối với các thuốc phóng mà trong thành phần SPC
không có pha ngưng tụ (thuốc phóng balistic).
Từ (20), với lưu ý
1
1
k
kh TP
k
p
RT
(hay 1TP kh
TP
) ta có:
2 2 2
2 2
.
1
k th k
k
A F p
RT
m
(24)
Đồng nhất hai vế của (22) và (24) nhận được:
.vth
k T k
m RT
F
A p k
(25)
Từ đây tìm được đường kính tiết diện tới hạn loa phụt động cơ nhiên liệu rắn
hỗn hợp:
4
.vth
k T k
m RT
D
A p k
(26)
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 327
Từ (25) nhận thấy rằng diện tích tiết diện tới hạn loa phụt động cơ sử dụng nhiên
liệu rắn hỗn hợp khi tính đến tính chất hai pha sản phẩm cháy có giá trị nhỏ hơn diện
tích tiết diện tới hạn loa phụt khi không tính đến tính chất hai pha T k lần.
3. CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ NHẬN XÉT
3.1. Số liệu đầu vào
Tiến hành khảo sát đối với động cơ sử dụng thỏi nhiên liệu hỗn hợp SD-17/18M
(công thức hóa học: N5.90587H 37.9461CL5.68564O22.9543AL6.22648C10.6682Fe0.251917) của
động cơ phóng 78DT/tên lửa Kh35-E được bọc chống cháy hai đầu có thông số
đầu vào như trong bảng 1.
Bảng 1. Các thông số đầu vào.
TT Tên gọi
Ký
hiệu
ĐVT Giá trị
1 Thể tích tự do ban đầu của buồng đốt W0 m
3 217,5x10-6
2
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của các kết
cấu kim loại
SVo m
2 0,028
3 Tiêu chuẩnNusselt (với vỏ kim loại) J.m/(kg.s.K) 418,68
4 Mật độ thuốc phóng TP kg/m
3 1765
5 Vận tốc cháy đơn vị u1
1,044201.10-
3
6 Chỉ số mũ tốc độ cháy v 0,227264
7 Chỉ số đoạn nhiệt SPC k 1,1948
8 Chỉ số đoạn nhiệt pha khí kkh 1,2735
9 Nhiệt dung riêng đẳng áp SPC cp J/(kg.K) 1900,8
10 Nhiệt dung riêng pha ngưng tụ (Al2O3) cT J/(kg.K) 837,36
11 Hằng số khí (chỉ pha khí) R kJ/(kg.K) 434,3
12 Nhiệt độ cháy đẳng áp Tp K 3261,9
13
Tỷ khối các hạt pha ngưng tụ trong SPC
(Al2O3)
0,2864
14 Đường kính ngoàiliều phóng Dng m 0,033
15 Đường kính trong liều phóng Dtr m 0,010
16 Chiều dài liều phóng LTP m 0,150
17 Diện tích bề mặt cháy ban đầu S0 m
2 0,0203
18 Nhiệt độ ban đầu của liều phóng Tbd K 293
19 Áp suất làm việc trong buồng đốt (để tính toán) pk MPa 8
20 Dải hệ số không cân bằng động lực học wK
0; 0,2; 0,4;
0,6; 0,8; 1
21 Dải hệ số không cân bằng nhiệt độ KT
0,587; 0,65;
0,75; 0,9; 1
3.2. Kết quả tính toán và bình luận
Từ các công thức ở trên xác định được giá trị các hệ số χT, RT, χ, diện tích và
đường kính tiết diện tới hạn loa phụt phụ thuộc vào sự không cân bằng nhiệt và
Cơ học & Điều khiển thiết bị bay
H. T. Dũng, L. S. Tùng, , “Nghiên cứu phương pháp hai pha sản phẩm cháy.” 328
động học:
Bảng 2. Phụ thuộc của hệ số χT vào sự không cân bằng nhiệt và động học.
χT
KT
0,587 0,65 0,75 0,9 1
Kw
1 1.3108 1.3168 1.3262 1.3401 1.3494
0,8 1.2871 1.2932 1.3027 1.3169 1.3263
0,6 1.2683 1.2744 1.2841 1.2985 1.308
0,4 1.2547 1.2609 1.2707 1.2852 1.2948
0,2 1.2464 1.2527 1.2626 1.2772 1.2869
0 1.2437 1.25 1.2598 1.2745 1.2842
Bảng 3. Phụ thuộc của RT vào sự không cân bằng nhiệt và động học.
RT, kJ/kg
KT
0,587 0,65 0,75 0,9 1
Kw
1 1600,9 1586,5 1564,2 1531,9 1511,2
0,8 1660,4 1644,9 1620,9 1586,3 1564
0,6 1709,8 1693,4 1668 1631,3 1607,8
0,4 1747 1729,8 1703,3 1665,1 1640,6
0,2 1770,1 1752,4 1725,3 1686,1 1660,9
0 1777,9 1760,1 1732,7 1693,2 1667,8
Bảng 4. Phụ thuộc của hệ số χ vào sự không cân bằng nhiệt và động học.
χ
KT
0,587 0,65 0,75 0,9 1
Kw
1 0.9888 0.9889 0.9889 0.989 0.989
0,8 0.9887 0.9887 0.9888 0.9889 0.9889
0,6 0.9886 0.9887 0.9887 0.9888 0.9888
0,4 0.9886 0.9886 0.9886 0.9887 0.9888
0,2 0.9885 0.9885 0.9886 0.9887 0.9887
0 0.9885 0.9885 0.9886 0.9887 0.9887
Bảng 5. Phụ thuộc của Fth vào sự không cân bằng nhiệt và động học.
Fth, mm
2
KT
0,587 0,65 0,75 0,9 1
Kw
1 254.13 251.83 248.28 243.14 239.83
0,8 263.62 261.14 257.32 251.8 248.25
0,6 271.5 268.87 264.83 258.98 255.23
0,4 277.42 274.68 270.46 264.37 260.46
0,2 281.1 278.28 273.95 267.71 263.7
0 282.35 279.51 275.14 268.84 264.8
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 329
Bảng 6. Phụ thuộc của Dth vào sự không cân bằng nhiệt và động học.
Dth, mm
KT
0,587 0,65 0,75 0,9 1
Kw
1 17.99 17.91 17.78 17.59 17.47
0,8 18.32 18.23 18.1 17.91 17.78
0,6 18.59 18.5 18.36 18.16 18.03
0,4 18.79 18.7 18.56 18.35 18.21
0,2 18.92 18.82 18.68 18.46 18.32
0 18.96 18.86 18.72 18.5 18.36
Với lựa chọn áp suất làm việc trong động cơ là 7,5 MPa, cặp hệ số không cân
bằng nhiệt và động học có giá trị: Kw = 0,7724; KT = 0,8571. Từ đó xác định được
giá trị các hệ số χT = 1,310004 và đường kính tiết diện tới hạn loa phụt Dth = 18
mm. Đồ thị quy luật biến đổi lý thuyết áp suất làm việc trong động cơ với đường
kính loa phụt Dth = 18mm có tính đến tính chất hai pha của sản phẩm cháy được
biểu diễn như trên hình 1. Đồ thị thực nghiệm đo áp suất động cơ thử nghiệm với
Dth = 18mm được thể hiện trên hình 2.
Hình 1. Quy luật p(t) tính toán với Dth = 18mm.
bar
120
100
80
60
40
20
0
s
4.14 4.16 4.18 4.20 4.22 4.24 4.26 4.28 4.30 4.32 4.34
Y1: Y2:
t1: t2:
dt: f:
dY: dY/dt:
Min: Max:
Int: RMS:
Channel:Ap suat
-15.833 s
52.397 bar
-15.685 s
42.408 bar
0.148 s 6.748 Hz
-9.989 -67.400
42.408 89.508
12.376 83.665
§å THÞ ¸ p suÊt
Ap suat
phßng tn ®l ®hb
069516098
hÖ thèng ®o §éNG LùC T£N LöA
®Ò tµi : nghiªn cøu kh¶o s¸t c¸c chØ tiªu n¨ng lîng cña thu«c phãng hçn hîp S-350 vµ th¨m dß kh¶ n¨ng
c«ng nghÖ nh»m chÕ t¹o ®éng c¬ phãng 78dt cña tªn löa kh-35e
Ph¸t sè: 04
Ngµy 12 th¸ng 11 n¨m 2014
®iÒu kiÖn m«i trêng:
NhiÖt ®é: 20.0 oC §é Èm: 73.0 %
Hình 2. Quy luật p(t) thực nghiệm với Dth = 18mm.
Cơ học & Điều khiển thiết bị bay
H. T. Dũng, L. S. Tùng, , “Nghiên cứu phương pháp hai pha sản phẩm cháy.” 330
Bảng 7. Kết quả tính toán và thực nghiệm.
Thông số
Lý thuyết
Thực
nghiệm
Sai số,
%
Không tính
đến
dòng hai pha
Có tính đến
dòng hai
pha
Đường kính Dth, mm 21,5 18 18
Áp suất trung bình, MPa
7,452 7,453
8,155 ±
0,27
8,608
Thời gian làm việc của động
cơ, s
0,1545 0,1505 0,1467 2,59
Nhận xét: Từ các đồ thị trên hình 1, hình 2 và bảng 7 cho thấy khi tính toán
động cơ tên lửa nhiên liệu hỗn hợp ở cùng một dải áp suất làm việc, nếu không
tính đến tính chất hai pha của sản phẩm cháy thì đường kính tiết diện tới hạn loa
phụt lớn hơn giá trị thực tế (có tính đến tính chất hai pha) 1,197 lần (21,5 mm so
với 18 mm). Với mô hình toán đã xây dựng, khi đưa vào các yếu tố ảnh hưởng của
sản phẩm cháy hai pha cho kết quả tính toán tương đồng với kết quả thực nghiệm
với sai số của giá trị áp suất trung bình 8,608%, sai số của giá trị thời gian làm việc
của động cơ 2,59% là chấp nhận được.
4. KẾT LUẬN
Tóm lại, khi xuất hiện pha ngưng tụ trong sản phẩm cháy gây nên tổn thất dòng
chảy và áp suất làm việc trong buồng đốt động cơ. Khi đó, đường kính tiết diện tới
hạn loa phụt có giá trị nhỏ hơn đường kính tiết diện tới hạn khi không tính đến tổn
thất dòng hai pha. Bài báo đã xây dựng được mô hình toán và phương pháp xác định
đường kính tiết diện tới hạn loa phụt, áp suất làm việc trong buồng đốt động cơ tên
lửa nhiên liệu rắn hỗn hợp có tính đến ảnh hưởng của tính chất hai pha sản phẩm
cháy cho kết quả chính xác, có độ tin cậy cao. Kết quả nghiên cứu của bài báo có thể
áp dụng cho tính toán, thiết kế động cơ tên lửa sử dụng nhiên liệu hỗn hợp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Lê Song Tùng và các cộng sự, “Cơ sở tính toán và thiết kế động cơ tên lửa
nhiên liệu rắn”, Nhà xuất bản Quân đội nhân dân, 2015.
[2]. Виницкий А. М., “Конструкция и отработка РДТТ”, Издательство
Машиностроение, 1980.
[3]. Губертов A.M. và cáccộngsự, “Газодинамические и теплофизические
процессы в ракетных двигателях твердого топлива”, Издательство
Машиностроение, 2004.
[4]. Ерохин Б.Т., “Теория внутрикамерных процессов и проектирование
РДТТ”, Издательство Машиностроение, 1991.
[5]. Московский государственный технический университет
им.Н.Э.Баумана, “Моделирование химических и фазовых равновесий
привысоких температурах (AСTРA.4/pc)”, Описание применения,
МГТУ, 1997.
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 331
ABSTRACT
STUDY ON DETERMINING METHOD FOR CRITICAL SECTION
DIAMETER OF ENGINE NOZZLE OF MIXED SOLID-FUEL MISSILE
CONSIDERING TO TWO-PHASE COMBUSTION PRODUCTS
Critical section diameter of engine nozzle is one of the most essential
structure factors, which directly relates to specific working factors of the
solid-fuel missle engine. This study presents an approach to determine
critical section diameter of nozzle of missile engine using mixed solid-fuel
when in the combustion products comprise of both gas and condesed phase
(liquid or solid). As a result, pressure changing rule in engine combustor is
established, which is fundamental to calulate, design, fabricate and test
missile engine using mixed fuel.
Keywords: Missile engine, Mixed fuel, Nozzle, Critical diameter.
Nhận bài ngày 16 tháng 07 năm 2016
Hoàn thiện ngày 04 tháng 08 năm 2016
Chấp nhận đăng ngày 05 tháng 09 năm 2016
Địa chỉ:
Viện Tên lửa- Viện Khoa học và Công nghệ quân sự.
* Email: hnpanh@gmail.com.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 40_thay_moi_7245_2150257.pdf