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

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.
Nội dung trích xuất từ 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 cháyCơ học & Điều khiển thiết bị bay 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 bởisự không cân bằng vận tốc và nhiệt độ giữa pha ngưng tụ (dạng rắn hoặc lỏng) vàpha khí, do vậy xuất hiện hiện tượng trao đổi nhiệt và động năng giữa pha khí vàpha ngưng tụ. Theo cơ chế này, các hạt ngưng tụ được tăng tốc bởi lực nhớt củakhí (do đó làm giảm tốc độ dòng khí) và truyền nhiệt sang pha khí (do các hạt cónhiệt độ cao hơn). Đây là nguyên nhân chính gây nên tổn thất dòng chảy, tổn thấtáp suất làm việc trong buồng đốt động cơ. Do đó, khi xem xét trên cùng một độngcơ sử dụng liều phóng hỗn hợp xác định, để đảm bảo động cơ hoạt động ở một ápsuất mong muốn, cần xác định đường kính tiết diện tới hạn loa phụt phù hợp cótính đến ảnh hưởng của sản phẩm cháy hai pha. 2. ĐẶT BÀI TOÁN2.1. Xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả các quá trình lý – hóa xảy ratrong 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 bùngcháy tin cậy tất cả các bề mặt cháy của liều phóng; Bỏ qua ảnh hưởng của nhiệtlượng sản phẩm cháy (SPC) thuốc mồi trong giai đoạn cháy ban đầu của liều nhiênliệu; Toàn bộ thể tích tự do buồng đốt bị chiếm chỗ bởi SPC thuốc phóng cho đếntận tiết diện ra của loa phụt; Thể tích chiếm chỗ của các hạt trong buồng đốt, lựchấp dẫn và lực điện từ là nhỏ và có thể bỏ qua.SPC trong loa phụt là hỗn hợp củakhí và các phần tử hạt ngưng tụ có kích thước bằng nhau nhưng có vận tốc và nhiệtđộ 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 đốtĐTR có thể xác định từ việc xét đồng thời các quy luật bảo toàn khối lượng vànăng lượng, được thiết lập từ các phương trình sau [1], [4]: - Phương trình trạng thái khí: pW  kh RT ; (1)322 H. T. Dũng, L. S. Tùng, …, “Nghiên cứu phương pháp… hai pha sản phẩm cháy.”Nghiên cứu khoa học công nghệ - Phương trình bảo toàn khối lượng: d  d  Wp    m  m LP ; (2) dt dt  RT  - Phương trình bảo toàn năng lượng: dU dQ dL   ; (3) dt dt dt - Phương trình vận tốc cháy thuốc phóng: u = ε·f(Tbd)·u1pv; (4) - Phương trình biến đổi thể tích tự do của buồng đốt: t W  W0   Sudt , (5) 0trong đó, ω là khối lượng SPC lưu lại trong buồng đốt, [kg]; m  là lưu lượng sinh khíSPC, [kg/s]; m LP là lưu lượng SPC đi qua loa phụt, [kg/s]; W0 là thể tích tự do ban đầucủa buồng đốt, [m3]; S là diện tích bề mặt cháy liều phóng, [m]; u1, v, ε tương ứng làvận tốc cháy đơn vị, chỉ số mũ tốc độ cháy và hệ số cháy xói mòn; р là áp suất trongbuồng 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 phẩmcháy qua loa phụt có dạng [3]: 1 m LP  m kh  m T  m kh , (6) 1trong đó: k ...