Власенко В.В.   Волощенко О.В.   Сабельников В.А.   Талызин В.А.  

Выбор геометрии и режимов работы экспериментальной двухрежимной высокоскоростной камеры сгорания на пропане

Докладчик: Власенко В.В.

В 2017 г. в ЦАГИ в рамках мегагранта Министерства образования и науки Российской Федерации (договор №14.G39.31.0001 от 13 февраля 2017 г.) создана лаборатория физического и численного моделирования течений с горением в двигателях перспективных летательных аппаратов. Существенным элементом работ, которые будут выполняться лабораторией в 2017-2019 гг., должна стать валидация созданных физических моделей и программного обеспечения на основе «огневого» аэродинамического эксперимента, специально проведенного в АДТ Т 131 ЦАГИ.
Для этой цели в ЦАГИ спроектирована и будет изготовлена экспериментальная модель камеры сгорания со сверхзвуковым течением на входе, в которой в зависимости от параметров втекающего потока будет реализован дозвуковой или сверхзвуковой режим горения. В качестве топлива будет использован пропан. Эксперимент будет ориентирован на валидацию расчетов, поэтому он будет включать детальные измерения – не только промеры распределений осредненного по времени статического давления, но регистрацию пульсаций давления, измерения температуры стенок при помощи термопар и термовизионной аппаратуры, визуализацию поля течения (скоростная шлирен-видеосъемка, видеорегистрация хемилюминесценции в ближнем ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном диапазонах). Для визуализации по всей длине камеры будут установлены оптические окна из толстого кварцевого стекла.
При проектировании камеры сгорания использован опыт исследований модельной камеры сходной геометрии на водороде, которая была изучена на стенде ONERA-Laerte в рамках европейского проекта LAPCAT-II [Vincent-Randonnier, A., Moule, Y., & Ferrier, M. Combustion of hydrogen in hot air flows within LAPCAT-II Dual Mode Ramjet combustor at Onera-LAERTE facility-Experimental and Numerical Investigation. In 19th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference, 2014, p. 2932]. В этих экспериментах были получены как дозвуковое горение за псевдоскачком, так и разные режимы сверхзвукового горения, характеризующиеся взаимодействием инжектируемых со стенок струй топлива с пограничными слоями на стенках камеры и ударно-волновыми структурами в канале.
Выбран следующий режим течения на входе в камеру: M=2.5, T0=2100 K, p0=10 атм. Для выбора схемы подачи топлива выполнены предварительные расчеты на базе нестационарных уравнений Рейнольдса для многокомпонентного неравновесно реагирующего газа в приближении 2.5 мерного течения. Показано, что при выбранном режиме течения самовоспламенения пропана не происходит, а при использовании пневмодросселя происходит срыв горения после выключения дросселя. Найдены схемы подачи топлива, обеспечивающие стабилизацию горения. При коэффициенте избытка окислителя α=1.5 с добавлением 15% H2 получено стационарное асимметричное течение с дозвуковым горением. Роль стабилизатора играет отрыв перед струей верхнего инжектора. При α=3 с добавлением 30% H2 получено стационарное симметричное течение со сверхзвуковым горением у стенок камеры.


К списку докладов