Một phương pháp thực nghiệm đo nhiệt độ sản phẩm cháy trong động cơ tên lửa

Bài báo trình bày một phương pháp đo nhiệt độ sản phẩm cháy trong buồng đốt động cơ tên lửa nhiên liệu rắn bằng cặp nhiệt loại S được thiết kế chế tạo theo cấu trúc hở (không có lớp vỏ bảo vệ) để tăng thời gian đáp ứng cho hệ thống đo. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một phương pháp thực nghiệm đo nhiệt độ sản phẩm cháy trong động cơ tên lửaNghiên cứu khoa học công nghệ MỘT PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ĐO NHIỆT ĐỘ SẢN PHẨM CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ TÊN LỬA Mai Văn Tú*, Mai Khánh, Đặng Văn Hùng, Phạm Quang Minh Tóm tắt: Trong quá trình động cơ tên lửa nhiên liệu rắn làm việc, các biến đổi hóa - lý trong pha rắn dưới tác động của dòng nhiệt từ pha khí làm ảnh hưởng đến tốc độ cháy của liều nhiên liệu. Để xác định được dòng nhiệt từ pha khí truyền vào pha rắn cần phải xác định được nhiệt độ sản phẩm cháy trong buồng đốt động cơ. Bài báo trình bày một phương pháp đo nhiệt độ sản phẩm cháy trong buồng đốt động cơ tên lửa nhiên liệu rắn bằng cặp nhiệt loại S được thiết kế chế tạo theo cấu trúc hở (không có lớp vỏ bảo vệ) để tăng thời gian đáp ứng cho hệ thống đo.Từ khóa: Động cơ tên lửa (ĐTR), Nhiên liệu rắn, Nhiệt độ, Sản phẩm cháy (SPC). 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Nghiên cứu quá trình cháy của nhiên liệu rắn đồng thể trong động cơ tên lửa [1, 2, 4, 5, 6]với mô hình nhiệt quá trình cháy một chiều của nhiên liệu được minh họa trên hình 1 [5] đãchỉ ra: Tốc độ cháy của nhiên liệu không chỉ phụ thuộc vào giá trị của các tham số nhiệt độban đầu của nhiên liệu T0, áp suất p và tốc độ chuyển động w của dòng sản phẩm cháy trongbuồng đốt mà còn phụ thuộc vào khối lượng nhiên liệu đã phân rã và khối lượng nhiên liệuđã tham gia vào phản ứng hóa học trong pha rắn do tác dụng bởi trường nhiệt độ T trongvùng nhiên liệu bị nung nóng từ nhiệt độ ban đầu T0 đến nhiệt độ trên bề mặt cháy TS. Hình 1. Mô hình nhiệt quá trình cháy của nhiên liệu rắn trong buồng đốt ĐTR. Ảnh hưởng của trường nhiệt độ đến tốc độ phản ứng hóa học của nhiên liệu trong pharắn được thể hiện qua hệ số tốc độ phản ứng K(T) được xác định theo quy luật Arrheniusdưới dạng [4]:   E  K( T )  k0 .e khi T  Tp R0T (1.1)  0 khi T  Tptrong đó: E - năng lượng hoạt hoá; R0 - hằng số khí tổng quát; k0 - hằng số; T - nhiệt độ củanhiên liệu trong vùng bị nung nóng; TP - nhiệt độ bắt đầu xảy ra phản ứng hóa học trongpha rắn nhiên liệu. Trường nhiệt độ T trong vùng nhiên liệu bị nung nóng phụ thuộc vào cường độ dòngnhiệt q từ pha khí truyền vào pha rắn và được xác định theo công thức Newton [2]: q  α( TG  TS ) (1.2)trong đó:  - hệ số trao đổi nhiệt tổng hợp; TG - nhiệt độ sản phẩm cháy trong pha khí;TS - nhiệt độ trên bề mặt cháy nhiên liệu.Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 21 Tên lửa & Thiết bị bay Theo (1.2), để xác định được cường độ dòng nhiệt q từ pha khí cần phải xác định đượccác thông số: hệ số trao đổi nhiệt tổng hợp nhiệt , nhiệt độ sản phẩm cháy trong pha khíTG và nhiệt độ trên bề mặt cháy nhiên liệu TS. Động cơ sử dụng liều phóng liên hợp rắn hai thành phần hình 2 gồm: thỏi nhiên liệuhỗn hợp (vị trí 1) có thể cháy ổn định ở áp suất thấp [3] và thỏi nhiên liệu hữu cơ RSI-12M(vị trí 2). Trong thời gian động cơ làm việc thỏi nhiên liệu hỗn hợp cháy liên tục tạo ranguồn nhiệt ổn định duy trì thỏi nhiên liệu hữu cơ RSI-12M cháy ổn định trong buồng đốtđộng cơ. Kết quả thực nghiệm [3] cho thấy thỏi nhiên liệu hữu cơ RSI-12M cháy ổn địnhtrong điều kiện áp suất trong buồng đốt động cơ nhỏ hơn áp suất giới hạn. Điều đó chothấy, sự tác động của dòng nhiệt từ sản phẩm cháy là yếu tố cơ bản quyết định đến quátrình cháy của thỏi nhiên liệu RSI-12M. Các số liệu thực nghiệm về tốc độ cháy của nhiênliệu RSI-12M trong [3] có sai khác nhiều so với các kết quả đã nghiên cứu trong [1, 2, 4].Vì vậy, để lý giải và xác định được chính xác hơn quy luật tốc độ cháy của thỏi nhiên liệuhữu cơ RSI-12M trong mô hình động cơ sử dụng liều phóng liên hợp hai thành phần trênđây cần thiết phải nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng của dòng nhiệt từ SPC đến các quátrình nhiệt - lí - hóa trong pha rắn của nhiên liệu RSI-12M trong buồng đốt động cơ. Bài báo này giới thiệu một phương pháp thực nghiệm đo nhiệt độ sản phẩm cháy TGtrong buồng đốt động cơ nhiên liệu rắn sử dụng liều phóng liên hợp hai thành phần (hình2). Số liệu thực nghiệm là một trong các thông số đầu vào để nghiên cứu khảo sát sự ảnhhưởng của trường nhiệt độ trong pha rắn đến quy luật tốc độ cháy của nhiên liệu RSI-12Mtrong mô hình động cơ tên lửa sử dụng liều phóng liên hợp rắn hai thành phần. 2. XÂY DỰNG PHƯƠNG TIỆN ĐO2.1. Cơ sở khoa học Động cơ sử dụng liều phóng liên hợp rắn hai thành phần như hình 2 là mô hình động cơmới đang được nghiên cứ ...