Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Расчетно-экспериментальное исследование течения совершенного газа в резонаторе пульсирующего детонационного двигателя

Диссертация: Расчетно-экспериментальное исследование течения совершенного газа в резонаторе пульсирующего детонационного двигателя
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

При анализе экспериментальных данных определены оптимальные значения геометрического параметра дрез., равного отношению выходной площади резонатора к площади кольцевого сопла, при которых были получены максимальные значения тяги (при одинаковых входных параметрах на входе в резонатор). Эти значения параметра дрез находятся в диапазоне 4. .6. При проведении расчетных исследований определены… Читать ещё >

Расчетно-экспериментальное исследование течения совершенного газа в резонаторе пульсирующего детонационного двигателя (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Определения, обозначения и сокращения
  • Глава 1. Обзор и анализ выполненных работ по проблеме создания пульсирующих детонационных двигателей (ПуДД)
    • 1. 1. Обзор экспериментальных и теоретических работ по ПуДД
    • 1. 2. Области возможного применения ПуДД
  • Глава 2. Обзор исследований по термодинамическому анализу и основным физическим принципам организации рабочего процесса ПуДД исследуемого типа
    • 2. 1. Цикл детонационного сгорания топлива (ДСТ) с предварительным повышением давления воздуха. Термический КПД и работа цикла ДСТ
    • 2. 2. Сравнение цикла ДСТ с циклами Брайтона и Гемфри
    • 2. 3. Расчет тягово-экономических характеристик ПуДД
    • 2. 4. Физическая картина рабочего процесса и облик моделей тяговых модулей (ТМ), созданных для исследований
    • 2. 5. Методы предварительной подготовки топливовоздушной смеси к детонационному сгоранию и инициирование детонации в системе ударных волн
    • 2. 6. Анализ имеющихся опытных данных по параметрическим исследованиям ТМ ПуДД. Задачи дальнейших экспериментальных исследований
  • Глава 3. Экспериментальный стенд ЭС-ЗМ для исследования моделей тягового модуля высокочастотного ПуДД
    • 3. 1. Энергетическая установка экспериментального стенда ЭС-ЗМ
    • 3. 2. Экспериментальный стенд ЭС-ЗМ
    • 3. 3. Системы измерения параметров, способы их тарировки и компьютерной обработки данных испытаний
  • Глава 4. Экспериментальные исследования тягового модуля пульсирующего детонационного двигателя без сжигания топлива в резонаторе и анализ полученных результатов
    • 4. 1. Конструктивные особенности модели тягового модуля ПуДД и способ установки на испытательном стенде
    • 4. 2. Анализ результатов испытаний высокочастотного резонатора на холодном воздухе (без сжигания в нём топлива). Оптимизация по величине относительной площади кольцевого сопла
    • 4. 3. Экспериментальные исследования с эжекторным усилителем тяги без сжигания топлива в резонаторе
  • Глава 5. Математическое моделирование рабочего процесса в резонаторе ТМ ПуДД
    • 5. 1. Методика расчета течения газового потока в резонаторе ТМ ПуДД
    • 5. 2. Анализ результатов моделирования газодинамического процесса в резонаторе ТМ ПуДД
    • 5. 3. Расчетная оценка возможности организации совместной работы резонаторов ТМ ПуДД

Современные тенденции развития двигателестроения обуславливают создание двигательных установок с максимальными, предельно допустимыми рабочими параметрами, поэтому исследование перспективных силовых установок (СУ) как традиционных, так и альтернативных схем, работающих на различных принципах получения тяги, является в настоящее время весьма актуальным. В последние годы во многих промышленно-развитых странах (Россия, США, Франция, Япония и др.) возрос интерес к вопросу исследования и возможности применения силовых установок для летательных аппаратов, в основе которых использовались бы пульсирующие детонационные двигатели (ПуДД). Возможность создания ПуДД со сгоранием топлива в детонационной волне при постоянном объеме и высоких степенях повышения давления, недостижимых для традиционных ГТД, является крайне привлекательной, но в то же время сложной, с точки зрения технической реализации, задачей.

Среди ключевых проблем, решение которых может иметь определяющее значение при создании подобных ПуДД, центральное место занимают:

— вопросы смесеобразования и предварительной подготовки экзотермически активной топливовоздушной смеси;

— возможность осуществления самовоспламенения топливовоздушной смеси и организации высокочастотного детонационного сгорания этой смеси при высокой полноте сгорания;

— разработка математических моделей сложных физико-химических процессов, происходящих в отдельных элементах двигателя;

— проведение с использованием этих математических моделей оптимизационных исследований геометрических и газодинамических параметров отдельных элементов ПуДД;

— экспериментальная отработка элементов ПуДД.

В связи с вышесказанным возникает необходимость всестороннего изучения и анализа данного типа СУ как в целом, так и отдельных ее элементов в частности.

Целью работы является проведение расчетно-экспериментальных исследований резонатора тягового модуля пульсирующего детонационного двигателя на различных режимах работы и анализ влияния геометрических параметров модели на ее тяговые характеристики.

Основные задачи, решаемые в диссертационной работе:

1. Обзор и анализ имеющихся работ по традиционным (ударно-волновым) методам определения параметров рабочего процесса и характеристик тяговых модулей ПуДД в целях получения сведений об общей эффективности применения ПуДД в реактивной авиации. Определение возможностей улучшения тягово-экономических и габаритно-массовых характеристик ТМ ПуДД за счет использования сверхвысоких параметров рабочего процесса, применения эжекторных усилителей тяги и др. средств.

2. Разработка методики расчета течения газового потока в резонаторе ТМ ПуДД на основе использования численных методов решения уравнений Навье-Стокса для режимов работы без сжигания топлива в резонаторе.

3. Получение экспериментальных данных для указанных режимов работы ТМ ПуДД (без сжигания топлива в резонаторах), необходимых для проверки предлагаемой методики расчета газового потока в резонаторе (режимы «холодных продувок»).

4. Определение оптимальных геометрических и газодинамических параметров модели по критерию максимальной тяги на основе полученных в результате экспериментального этапа работы данных.

5. Проведение сравнительного анализа вероятных конструктивных схем совместного использования резонаторов с помощью разработанной методики расчета течения газового потока.

Научная новизна полученных в работе результатов заключается в следующем:

1. С помощью разработанной методики проведено моделирование рабочего процесса в ТМ без сжигания топлива. Получены новые результаты по параметрам рабочего процесса в области исследования.

2. Впервые исследована возможность совместного использования резонаторов применительно к некоторым конструктивным схемам.

3. Получены новые данные по результатам экспериментальных исследований. Определена качественная картина течения рабочего тела в резонаторе ПуДД для режима «холодной продувки» .

Достоверность и обоснованность полученных результатов экспериментальных исследований подтверждается использованием точных приборов и тестовыми опытами с применением сертифицированных средств измерений. Достоверность результатов проведенных в работе исследований и расчетов течения в резонаторе ТМ ПуДД подтверждается согласованием с экспериментальными данными.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов по работе и библиографического списка используемой литературы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Автор принимал участие в исследованиях режимов так называемой «холодной продувки» ТМ ПуДД, экспериментально изученных на стенде ЭС-ЗМ. Для проведения анализа полученных результатов автору удалось наиболее полно задействовать разработанную методику расчета газодинамических параметров рабочего процесса ТМ ПуДД, основанную на использовании уравнений Навье-Стокса. Получено достаточно хорошее совпадение расчетных данных с результатами экспериментов, что говорит об адекватности разработанной модели на основе предложенной автором методики. Это позволило рассмотреть возможность совместного использования резонаторов ТМ ПуДД для рассматриваемых в данной работе конструктивных схем.

1. На основе методики, разработанной автором с применением уравнений Навье-Стокса, осредненных по Рейнольдсу, проведено моделирование рабочего процесса в резонаторе тягового модуля ПуДД. По разработанной математической модели проведены расчеты для выборочных значений критического сечения входного радиального кольцевого сопла модели и определены основные газодинамические параметры.

2. При проведении расчетных исследований определены амплитудно-частотные характеристики газодинамических параметров в резонаторах различных диаметров. Так, при исследовании резонатора с диаметром 90 мм получены колебания с частотой порядка 1,69 кГц. Для случая же с диаметром резонатора 70 мм частотные характеристики составили величину 1,95 кГц.

3. Впервые проведены расчетные исследования схем совместного использования резонаторов ТМ для двух различных вариантов их интеграции. Анализ результатов проведенных расчетов показал, что схема расположения ТМ при общем подводе рабочего тела к резонаторам дает возможность получить удельные тяговые характеристики ТМ на уровне 79 кгс/кг. Схема расположения с раздельным подводом рабочего тела к резонаторам показала некоторое ухудшение (на 17%) удельных тяговых параметров в сравнении со случаем общего подвода рабочего тела.

4. Экспериментально подтверждено, что реактивная тяга автоколебательной резонансной системы ТМ, создаваемая кольцевым соплом с резонатором, (при одинаковых условиях на входе в сопло) выше тяги идеального сопла Лаваля.

5. При анализе экспериментальных данных определены оптимальные значения геометрического параметра дрез., равного отношению выходной площади резонатора к площади кольцевого сопла, при которых были получены максимальные значения тяги (при одинаковых входных параметрах на входе в резонатор). Эти значения параметра дрез находятся в диапазоне 4. .6.

Показать весь текст

Список литературы

  1. С. Ю., Нечаев Ю. Н., Мохов А. А. Исследование и анализ «холодных» продувок тягового модуля высокочастотного пульсирующего детонационного двигателя // Вестник МАИ. Т. 14. № 4 М.: Изд-во МАИ-Принт, 2007. С. 36−42.
  2. Г. Н. Прикладная газовая динамика. В 2 ч. / Г. Н. Абрамович М.: Физматлит, 1976. — 598 с.
  3. Т. В. Нестационарные взаимодействия ударных волн / Т. В. Баженова, JI. Г. Гвоздева М.: Наука, 1977. — 274 с.
  4. Т. В. Нестационарные взаимодействия ударных и детонационных волн в газах/ Т. В. Баженова, JI. Г. Гвоздева, Ю. П. Лагутов и др. М.: Наука, 1986. — 205 с.
  5. Я.Б. Теория ударных волн и введение в газодинамику / Я. Б. Зельдович М.: Изд-во АН СССР, 1946. — 186 с.
  6. Иностранные авиационные двигатели, 2005: Справочник ЦИАМ / Общая редакция: Скибин В. А., Солонин В. И. М.: Изд. дом «Авиамир», 2005. — 592 с.
  7. Г. Сверхзвуковые течения и ударные волны / Г. Курант, К. Фридрихс М.: Изд-во «ИзИЛ», 1950. — 427 с.
  8. Ю.Н. Теория авиационных двигателей / Ю. Н. Нечаев М.: Изд-во ВВИА, 1990. — 704 с.
  9. . С. Избранные труды: Теория тепловых двигателей. -М.: Физматлит, 2001. 432 с. — ISBN 5−9221−0101−3.
  10. Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей / Под ред. Шляхтенко С. М. М.: Машиностроение, 1987. — 568 с.
  11. В. Е. Launder and D. В. Spalding. Lectures in Mathematical Models of Turbulence. Academic Press, London, England, 1972.
  12. О.И. Кудрин Исследование пульсирующего составного реактивного сопла. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.: МАИ, 1951 г.
  13. Т. М. Теория двигателей / Т. М. Мелькумов, Н.И. Мелик-Пашаев. М.: ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского, 1962. — 297 с.
  14. Юн A.A. Моделирование турбулентных течений / A.A. Юн. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010.-352 с. 2 Статьи
  15. О.В. Фокусировка ударных волн при отражении от вогнутой поверхности / О. В. Ачасов, В. В. Кондратов, С. А. Лабуда и др.//ИФЖ. 1993. — том 65, № 5 — С. 548 -552.
  16. О.В. Инициирование детонации при отражении ударной воны от вогнутой криволинейной поверхности / О. В. Ачасов, С. А. Лабуда, О. Г. Пенязьков и др. // ИФЖ. 1994. — том 67, № 1. — с. 66−72.
  17. О.В. Ударно-волновое инициирование детонации в полузамкнутой полости / О. В. Ачасов, С. А. Лабуда, О. Г. Пенязьков и др. // ЖХФ 1993. — том 12, №.5. — С. 714−716.
  18. О.В. Анализ эффективности использования детонации в качестве рабочего процесса двигательных установок/ О. В. Ачасов, В. В. Кондратов, С. И. Шабуня б.м., 1994. — (Препр./ Ин-т тепло- и массообмена им. A.B. Лыкова- № 4).
  19. Д.И. Неидеальная детонация и пульсирующие детонационные двигатели / Д. И. Бакланов, Л. Г. Гвоздева, Н. Б. Щербак М.: Материалы XXVII академических чтений по космонавтике, январь 2003.
  20. В. В. Состояние и проблемы разработки технологии детонационного пульсирующего воздушно-реактивного двигателя / В. В.
  21. , В. В. Иванов, Н.Х. Ремеев, Р. А. Хакимов. // ЖХФ 2001. — т. 20, № 7.-С. 119−129.
  22. В.Г. Термоакустика полузамкнутых объемов/ В. Г. Дулов, В.П. Максимов- б.м., 1986. (Препр./ Ин-т теоретической и прикладной механики, СО АН СССР- № 28−86).
  23. С. Ю. Исследование и анализ «холодных» продувок тягового модуля высокочастотного пульсирующего детонационного двигателя / С. Ю. Ларионов, Ю. Н. Нечаев, А. А. Мохов // Вестник МАИ -2007. том 14. № 4. — С. 36−42.
  24. В.А. Особенности структуры течения продуктов сгорания в сферической полузамкнутой полости / В. А. Левин, В. Н. Пережогин, А. Н. Хмелевский // ФГВ 1995. — том 31, №.5. — С. 32−40.
  25. Е.Ю. Второе рождение реактивных двигателей с периодическим сгоранием топлива / Е. Ю. Марчуков, Ю. Н. Нечаев, A.C. Полев, А. И. Тарасов // НТЖ «Фундаментальные и прикладные проблемы космонавтики» 2002. — № 12. — С. 11−20.
  26. Е.Ю. Пульсирующие детонационные двигатели / Е. Ю. Марчуков, Ю. Н. Нечаев, A.C. Полев, А. И. Тарасов // НТЖ «Двигатель» -2003. -№ 1 (25).-С. 14−17.
  27. Е.Ю. Второе рождение авиационных пульсирующих двигателей / Е. Ю. Марчуков, Ю. Н. Нечаев, A.C. Полев, А. И. Тарасов // ОНТЖ «Полет» 2003. — № 4. — С. 43−50.
  28. Ю.Н. Анализ рациональных областей возможного применения пульсирующих детонационных двигателей / Ю. Н. Нечаев,
  29. А.В.Луковников, А. С. Полев, A.A. Мохов / Научно-методические материалы «Перспективы развития летательных аппаратов» под ред. Подобедова В. А. // М.: Изд-во ВВИА им. Н. Е. Жуковского 2005. — С. 17−27.
  30. Ю.Н. Перспективы применения в авиации пульсирующих детонационных двигателей / Ю. Н. Нечаев, А. И. Тарасов // Вестник академии космонавтики им. К. Э. Циолковского 1999. — № 4. — С. 3−13.
  31. Ю.Н. Пульсирующий детонационный двигатель новый тип двигателей для авиации / Ю. Н. Нечаев, А. И. Тарасов // ОНТЖ «Полет» -1999.-№ 4.-С. 13−20.
  32. Ю.Н. Перспективы применения в авиации пульсирующих детонационных двигателей / Ю. Н. Нечаев, А. И. Тарасов // НТЖ «Авиакосмическая техника и технология» 1999. — № 4. — С. 38−47.
  33. Ю.Н. Организация рабочего процесса пульсирующего детонационного двигателя новой схемы / Ю. Н. Нечаев, А. И. Тарасов // НТЖ «Фундаментальные и прикладные проблемы космонавтики» 2000. — № 1. -С. 17−24.
  34. Ю.Н. Новый подход к организации рабочего процесса пульсирующих детонационных двигателей / Ю. Н. Нечаев, А. И. Тарасов // ОНТЖ «Полет» 2000. — № 4 — С. 3−9.
  35. Ю.Н. Пульсирующие детонационные двигатели это реальность / Ю. Н. Нечаев, A.C. Полев, А. И. Тарасов // Вестник воздушного флота — 2003. — № 4. — С. 72−76.
  36. Ю.Н. Инженерный метод расчета параметров и характеристик пульсирующих детонационных двигателей / Ю. Н. Нечаев // Журнал «Авиакосмическая техника и технология» 2007. — № 4.
  37. Ю.Н. Анализ рациональных областей возможного применения пульсирующих детонационных двигателей / A.A. Мохов, Ю. Н. Нечаев, A.C. Полев, А. И. Тарасов // ОНТЖ «Полет» 2007. — № 5.
  38. М. П. Нестационарные течения газов с ударными волнами / М. П. Сыщикова, М. К. Березкина // Сб. науч. тр. ФТИ им. А. Ф. Иоффе АН СССР.-Л.: Б.и., 1990.-С. 152−161.
  39. С.М. Термодинамический цикл с детонационным сжиганием топлива / С. М. Фролов, А. Е. Барыкин, А. А. Борисов // ЖХФ -2004.-т. 23, № 3.-С. 17−25.
  40. В.А. Новый подход к организации рабочего процесса пульсирующих детонационных двигателей / В. А. Левин, Ю. Н. Нечаев, А. И. Тарасов // ЖХФ 2001. — т. 20, № 5. с. 90−98.
  41. Flight International, 2000, 7−13/XI, vol.58, № 4754, p.43.
  42. Levin V.A., Nechaev J.N., Tarasov A.I. A new approach to organizing operation cycles in pulsed detonation engines // High-Speed Deflagration and Detonation: Fundamentals and Control / ELEX KM Publishers. Moscow, 2001.
  43. Nechaev J.N., Polev A.S., Tarasov A.I. Results of the experimental study of kerosene-air pulse detonation engines // High-Speed Deflagration and Detonation: Fundamentals and Control / ELEX KM Publishers. Moscow, 2002.
  44. Pegg R. J., Couch B. D., Hunter L. G. Pulse Detonation Engine Air Induction System Analysis // AIAA Paper. 1996. № 96−2918.
  45. Nicholls J.A., Wilkmson H.R., Morrison R. B. Intermittent Detonation as a Thrust-Producing Mechanism. Jet Propulsion, 21, 1957. P. 534−541.
  46. Nicholls, J.A. and Cullen, R.E., «The Feasibility of a Rotating Detonation Wave Rocket Motor,» RPL-TDR-64−113, Edwards Air Force Base, California, April 1964.
  47. Cullen, R.E., Nicholls, J.A. and Ragland, K.W., «Feasibility Studies of a Rotating Detonation Wave Rocket Motor, Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 3, No. 6, 1966, pp. 893−898.
  48. Hartman J. and Troll B. One new method for the generation of Sound Waves // Phisical Review, vol.20, Dec. 1922, p.719.
  49. Sprenger H.S. Uber thermische Effect bei Resonanstohren // Mitterfungen aus der Institut fur Aerodynamik, E.T.H. Zurich, 1954, p. 18−35.
  50. Ф.А. Слободкина, A.B. Евтюхин. Теоретическое исследование импульсного эжектора как устройства увеличения тяги авиационного двигателя. // Авиационно-космическая техника и технология, № 43/8,2003 г.
  51. В. Г. Математическая модель сверхзвукового пульсирующего детонационного прямоточного двигателя / В. Г.
  52. , А.Н. Крайко, К. С. Реент. // ЖХФ 2001. — т. 20, № 6. — С. 8489.
  53. PDE research thrusts forward Электронный ресурс. / Электрон, ст. — Режим доступа к ст.: http:// http://ge.geglobalresearch.com/blog/Pde Research Thrusts Forward Blog GE Global Research3 Отчеты о НИР
  54. Способ получения тяги и устройство для получения тяги: Патент СССР № 1 672 933 от 22.04.1991 г., с приоритетом от 30.11.89 г. / Пушкин P.M., Тарасов А.И.
  55. Ю.Н., Жилин В. М. Стенд для модельных испытаний эжекторных сопел BP Д. Авторское свидетельство № 191 171,1966.
  56. Пульсирующий детонационный двигатель: Патент Российской Федерации № 2 249 121 от 05.08.2003 г. Гойхенберг М. М., Марчуков Е. Ю., Тарасов А. И., Смирнов В.И.
  57. Турбореактивный двигатель: Патент Российской Федерации № 2 277 181 от 07.07.2004 г. Гойхенберг М. М., Марчуков Е. Ю., Тарасов А. И., Привалов В.Н.
  58. О.И., Квасников А. В., Челомей В. Н. Открытие № 314. Заявка № ОТ-8918 от 3 января 1975 г. «Явление аномально высокого прироста тяги вгазовом эжекционном процессе с пульсирующей активной струей».
  59. Сверхзвуковой пульсирующий детонационный прямоточный воздушно-реактивный двигатель (СПДПД) и способ функционирования СПДПД: Патент Российской Федерации № 2 157 909. Приоритет от 26.05.1999. / Александров В. Г., Ведешкин Г. К., Крайко А. Н. и др.
  60. Гиперзвуковой пульсирующий детонационный двигатель и способ его функционирования: Патент Российской Федерации № 2 347 097 от 27.06.2007 г. / Носачев Л.В.
  61. Способ получения тяги и устройство для его осуществления: Патент Российской Федерации № 2 034 996 от 10.05.1995 г., с приоритетом от 11.10.93 г. / Антоненко В. Ф., Масс А. М., Минин С. Н., Попов В. Т., Пушкин Р. М., Словецкий Д. И., Смирнов В. И., Тарасов А.И.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!