Истечение струй идеального и реальных газов из осесимметричных сопел. Вопросы подобия 1. Истечение струй в вакуум


Просмотр статьи
PDF, 1,4 МБ

Jet expansion of ideal and real gases from axisymmetric nozzles. Similarity matters. 1. Outflow of jets into vacuum

Results of theoretical, computational and experimental studies of gas-dynamic and geometric parameters of gas jet flows ejected from a supersonic nozzle into vacuum are presented. The system of similarity parameters for such class of jets is stated; simple relations of gas density and dynamic pressure determination in jet flow field are obtained. The methodology of reproduction in model experiments of a real space craft orientation thruster’s relative jet impulse and a typical angle of its jet divergence is given. This methodology is based on the results of complex research of nonequilibrium processes influence on CO2, N2 and Ar jets expansion into vacuum.


Том 13, выпуск 1, 2012 год



Приведены результаты теоретических, расчетных и экспериментальных исследований газодинамических и геометрических параметров течения струй газа, истекающих из сверхзвуковых сопел в вакуум. Сформулирована система параметров подобия этого класса струйных течений, получены простые зависимости для определения плотности и динамического давления газа в поле течения струи. Представлена методология воспроизведения в модельных экспериментах значения относительного импульса и характерного угла расширения струи натурного двигателя ориентации космического аппарата, основанная на результатах комплексного исследования влияния неравновесных процессов на истечение струй CO2, N2 и Ar в вакуум.


Том 13, выпуск 1, 2012 год



1. Dettleff G. Plume Flow and Plume Impingement in Space Technology. U.S. Gov. Prog. Aero-space Sci. Vol. 28, pp1-71, 1991.
2. Roberts L. The Action of a Supersonic Jet on a Dust Layer. IAS Paper N50, 1963.
3. Жохов В.А., Хомутский А.А. Атлас сверхзвуковых течений свободно расширяющегося идеального газа, истекающего из осесимметричного сопла. Труды ЦАГИ, вып.1224, 1970.
4. Лейтес Е.А. Распределение плотностив дальнем поле сверхзвуковой струи, истекающей в вакуум. Труды ЦАГИ, вып. 1672, 1975.
5. Albini. F.A. Approximate computation of underexpanded jet structure, AIAA J. 3(8). P.1535-1537. 1965.
6. Lengrand. J.C, Allegre J. and Raffin M. Experimental investigation of underexpanded exhaust plumes, AIAA J., 14(5). P. 692-694. 1976.
7. Герасимов Ю.И. Параметры подобия в задаче о взаимодействии свободно расширяющейся струи с пластиной. Изв. АН СССР, МЖГ, N2, 1981, с.169-173.
8. Boynton, F.P. Exhaust plumes from nozzles with wall boundary layers, J. Spacecraft Rockets, 5 (10). P. 1143-1147. 1968.
9. Simons, G.A. Effect of nozzle boundary layers on rocket exhaust plumes, AIAA J. 10 (11). P. 1534-1535. 1972.
10. Бочкарев А.А., Великанов Е.Г., Ребров А.К. и др. Газодинамические установки низкой плотности. В кн. "Экспериментальные методы в динамике разреженных газов", ИТФ СО АН СССР, Новосибирск, 1974.
11. Приходько В.Г., Храмов Г.А., Ярыгин В.Н. Крупномасштабная криогенно-вакуумная установка для исследования газодинамических процессов. ПТЭ. 1996. № 2. С. 162  164.
12. Кузнецов Л.И., Ярыгин В.Н. Применение тормозного и характеристического рентгеновского излучения, возбужденного электронным пучком, для измерения плотности разреженного газа и плазмы. В кн. "Экспериментальные методы в динамике разреженных газов", ИТФ СО АН СССР, Новосибирск, 1974.
13. Косинов В.А., Кузнецов Л.И., Шарафутдинов Р.Г. Экспериментальная техника элек-тронно-пучковой диагностики. В кн. "Экспериментальные методы в динамике разре-женных газов", ИТФ СО АН СССР, Новосибирск, 1974.
14. Герасимов Ю.И., Палопеженцев С.А. Исследование струйного расширения газов при наличии конденсации. Вопросы подобия. В сб. Течение разреженного газа с неравновесными физико-химическими процесса ми: Труды VIII Всесоюзн. конф. по динамике разреженных газов, М., сент. 1985. М., 1987. с.25-30.
15. Проккоев В.В., Ребров А.К., Ярыгин В.Н. Газодинамические аспекты влияния неравновесности на свободное расширение углекислого газа. В кн. Динамика разреженного газа, Новосибирск, ИТФ СО АН СССР, 1976, с.134-149.
16. Востриков А.А., Куснер Ю.С., Семячкин Б.Е. Исследование конденсации СО2 методом молекулярного пучка. В кн. Некоторые задачи гидродинамики и теплообмена. Изд. ИТФ СО АН СССР, Новосибирск, 1976, с.99-105.
17. Hagena O.F. Nucleation and Growth of Clusters in Expanding Nozzle Flows. Surface Science 106 (1981) p.101-116. North-Holland Publishing Company.
18. Герасимов Ю.И., Горчакова Н.Г., Палопеженцев С.А., Ярыгин В.Н. Моделирование в вакуумных камерах параметров течения струй большой нерасчетности. Тезисы докл. IX Всесоюзн. конф. по динам. разреж. газов. Свердловск, 1987: Труды IX Всесоюзн. конф. по динам. разреж. газов, т.II, 1988, с. 144-151.
19. Fitzgerald S.M., Rosha R.A., Bouslog S.A. and others. Far Field Plume Characterization Testing in Support of Space Station Plume Impingement Methodology Validation. AIAA 94-2636. 1994.
20. Krewski T.M., Osonitsch C.W., Lacinski T.L. Comparison of Full- and Sub-scale Plume Impingement Tests in a Vacuum. AIAA Peper N256, 1971.
21. Stuart Ph.C. PRCS Computational Fluid Dynamics Calculations. Report on MIR/Shuttle working group, JSC. August 1994.
22. A.R. Rocha. Shuttle Plume Impingement Flight Experiment (SPIFEX). SPIFEX-LMS Report #2. Summary of Measured Plume Forces and Moments. SPIFEX-LMS-94-R02. JSC.Nov.1994
23. L. Genkin, M. Baer, J. Falcovits. Analytic Approximation to Small Plumes at Intermediate Range. AIAA-95-2135.
24. Gerasimov Yu.I., Krylov A.N., Yarygin V.N. Structure and Gas Parameters of Plume Expiring in Vacuum from Four Nozzles, Located Around of The Space Vehicle Case. XXV International Symposium on Rarefied Gas Dynamics (RGD25), St. Petersburg, 2006. Proceedings of 25th RGD, Novosibirsk. 2007. p. 610-615.
25. Герасимов Ю.И., Ярыгин В.Н., Крылов А.Н., Сагдуллин Б.А. Моделирование структуры течения в составной струе за двумя двигателями, расположенными около корпуса космического аппарата. Теплофизика и Аэромеханика. 2009. Т.16, №4. с. 395-404.
26. Gerasimov Yu.I., Krylov A.N., Yarygin I.V. and others. Modelling of Processes of External Contamination of International Space Station by Jets of Orientation Thrusters. XXV International Symposium on Rarefied Gas Dynamics (RGD25), St. Petersburg, 2006. Proceedings of 25th RGD, Novosibirsk. 2007. p. 598-603.
27. Yarygin V., Gerasimov Yu., Krylov A., Prikhodko V., Yarygin I. Experimental Study of the International Space Station Contamination by Its Orientation Thrusters Jets. Microgravity Science and Technology. 2011. Vol.23, Suppl.1. p. 15-23.