Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка научных основ и передовых решений системы стабилизации пламени в сверхзвуковом потоке с помощью акустических колебаний

Докладчик: Пиралишвили Шота Александрович

Должность: заведующий кафедрой, Заведующий кафедрой

Цель проекта:
Применение прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД) в различных сферах аэрокосмической отрасли обусловлено возможностью увеличения скорости полёта, обеспечение требований манёвренности и относительной простотой конструкции. Проблема создания и эксплуатации ПВРД состоит в необходимости организации смешения топлива и воздуха при сверхзвуковой скорости потока в камере сгорания летательного аппарата. Это обусловлено тем, что замедление потока воздуха до М < 1 в ПВРД ведёт к потерям полного давления в сверхзвуковом воздухозаборнике и росту температуры конструкции. Поэтому в высокоскоростных летательных аппаратах, развивающих скорость полёта до M ~ 4…5, необходимо организовывать сверхзвуковое течение воздушного потока в камере сгорания, что осложняет организацию процессов смешения и стабильного горения топлива в необходимом диапазоне высот и скоростей полета летательного аппарата. Согласно исследованиям прямоточные воздушно-реактивные двигатели, использующие пульсирующее сгорание топлива, имеют максимально возможную термодинамическую эффективность. Колебания давления газа увеличивают теплонапряженность зоны горения, ускоряют теплопередачу, улучшают полноту сгорания топлива по сравнению со стационарным режимом горения. Таким образом, целью проекта является научно-техническое обоснование и разработка технологического комплекса для создания системы генерации акустических колебаний с помощью вихревого горелочного устройства с целью увеличения эффективности рабочего процесса прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Достижение поставленной цели требует решения ряда задач: – проанализировать существующие методы и технические решения по стабилизации пламени в потоке; – проанализировать влияние акустических эффектов на процесс горения топлива в потоке; – разработать методику для аналитического расчёта геометрических и режимных характеристик камеры сгорания с генератором пульсаций; – создать опытную модель камеры сгорания с генератором акустических колебаний; – провести экспериментальные и численно-расчётные исследования возможности стабилизации пламени в потоке с помощью акустических эффектов.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения работы должны быть разработаны научные основы и передовые технические решения, закрепленные патентами РФ, стабилизации процесса горения в потоке (в т.ч. сверхзвуковом и гиперзвуковом). Решение поставленных задач позволит сделать значительный вклад в развитие методов стабилизации пламени с помощью акустических колебаний, что должно быть подтверждено разработкой физико-математической модели процессов газодинамики и теплообмена в камере сгорания ПВРД или ракетного двигателя. Применение разработанной модели позволит на этапе проектирования внедрить разработанную систему генерации акустических колебаний и сократить время проектирования двигателя и его экспериментальной доводки.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Научные и научно-технические результаты проекта планируется внедрить в авиакосмическую отрасль промышленности.

Текущие результаты проекта:
Результаты математического и экспериментального исследований показали, что сопутствующие рабочему процессу вихревого устройства колебания условно подразделяются на низкочастотные (1-6 кГц) и высокочастотные (12-18 кГц) пульсации давления. Низкочастотные колебания связаны с прецессионным движением вихревого ядра, высокочастотные – с образованием и перемещением когерентных вихревых структур, типа вихревых спиралевидных жгутов, распространяющихся по периферии вихревого горелочного устройства.
Образование и поведение когерентных вихревых структур отражает их значительный вклад в процесс генерации высокочастотных пульсаций давления, а также их влияние на процесс энергоразделения в вихревом устройстве посредствам изменения структуры закрученного потока.
Кроме того, тот факт, что размер когерентной вихревой структуры за период его сдвига принимает определённое конечное значение указывает на возможность стабилизации процесса горения с помощью закрутки потока.
На основании результатов проведённых исследований предложена схема вихревого генератора акустических колебаний, спроектированного по типу вихревого горелочного устройства и способного генерировать пульсации в необходимом для стабильной работы пульсирующего воздушно-реактивного двигателя диапазоне частот.