Нестационарное течение в двухконтурном сопле с учетом перемещения его выдвижной секции из сложенного в рабочее положение


Просмотр статьи
PDF, 3,9 МБ

Unsteady flow in dual-bell nozzle with movement of extendible section from initial to working position

The use of extendible nozzles in propulsion systems is one of potential way to increase the nozzle expansion ratio and the specific thrust. Numerical simulation of the supersonic turbulent flow of a viscous compressible gas in a dual-bell nozzle is considered. The displacement of the extendible section of the nozzle from the initial to the working position is taken into account. Numerical calculations are based on the Reynolds-averaged Navier–Stokes equations and equations of SST turbulence model, and sliding meshes. Unsteady structure of the flow formed when the nozzle is restored to service, and the topological features of the flow and relationships between flow quantities are studies. A variation of the force applied to the nozzle walls when the reactive jet flows out is discussed.

solid rocket nozzle, dual-bell nozzle, thrust

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.19.1.729


Том 19, выпуск 1, 2018 год



Применение раздвижных сопел в двигательных установках является одним из способов увеличения геометрической степени расширения сопла и удельного импульса тяги. Рассматривается численное моделирование сверхзвукового турбулентного течения вязкого сжимаемого газа в двухконтурном сопле с учетом перемещения раздвижной части сопла из исходного в рабочее положение. Для численных расчетов используются осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье–Стокса, замкнутые при помощи уравнений SST-модели турбулентности, и подвижные сеточные структуры. Изучается нестационарная структура потока, формирующегося при приведении сопла в рабочее положение, а также исследуются топологические особенности потока и взаимосвязи между параметрами течения. Обсуждается изменение силы, приложенной к стенкам сопла, при истечении реактивной струи из сопла.

двигатель, раздвижное сопло, сила тяги, численное моделирование

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.19.1.729


Том 19, выпуск 1, 2018 год



1. Газодинамические и теплофизические процессы в ракетных двигателях твердого топлива / Под ред. А.С. Коротеева. М.: Машиностроение, 2004. 512 с.
2. Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под ред. Л.Н. Лаврова. М.: Машиностроение, 1993. 215 с.
3. Hagemann G., Immich H., Nguyen T.V., Dumnov G.E. Advanced rocket nozzles // Journal of Propulsion and Power. 1998. Vol. 14. No. 5. P. 620––633.
4. Ellis R.A., Berdoyes M. An example of successful international cooperation in rocket motor technology // ActaAstronautica. 2002. Vol. 51. No. 1–9. P. 47–56.
5. Lacoste M., Lacombe A., Joyez P., Ellis R.A., Lee J.C., Payne F.M. Carbon-carbon extendible nozzles // ActaAstronautica. 2002. Vol. 50. No. 6. P. 357–367.
6. Шишков А.А., Панин С.Д., Румянцев Б.В. Рабочие процессы в РДТТ. М.: Машиностроение, 1989. 240 с.
7. Иванов И.Э., Крюков И.А. Численное исследование турбулентных течений с ограниченным и свободным отрывом в профилированных соплах // Вестник МАИ. 2009. Т. 16. № 7. С.23–30.
8. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Численное моделирование отрывных течений в соплах // Физико–химическая кинетика в газовой динамике. 2010. Т. 9. С. 1–8.
9. Verma S.B., Haidn O. Unsteady shock motions in an over-expanded parabolic rocket nozzle // Aerospace Science and Technology. 2014. Vol. 39. P. 48–71.
10. Hagemann G., Frey M., Koschel W. Appearance of restricted scock separation in rocket nozzles // Journal of Propulsion and Power. 2002. Vol. 18. No. 3. P. 577–584.
11. Hunter С.A. Experimental, theoretical, and computational investigation of separated nozzle flows // AIAA Paper. 1998. No. 98-3107.
12. Алиев А.В., Миронов А.Н. Моделирование газодинамических процессов в несимметричных сопловых блоках // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. 2013. № 3. С. 40–45.
13. Genin C., Stark R., Haidn O., Quering K., Frey M. Experimental and numerical study of dual bell nozzle flow // Progress in Flight Physics. 2013. Vol. 5. P. 363–376.
14. Arora R., Vaidyanathan A. Experimental investigation of flow through planar double divergent nozzles // ActaAstronautica. 2015. Vol. 112. P. 200–216.
15. Sreenath K.R., Mubarak A.K. Design and analysis of contour bell nozzle and comparison with dual bell nozzle // International Journal of Research and Engineering. 2016. Vol. 3. No. 6. P. 52–56.
16. Narayan A., Panneerselvam S. Study of the effect of over–expansion factor on the flow transition in dual bell nozzles // International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering. 2012. Vol. 6. No. 8. P. 1591–1595.
17. Nasuti F., Onofri M., Martelli E. Role of wall shape on the transition in axisymmetric dual-bell nozzles // Journal of Propulsion and Power. 2005. Vol. 21. No. 2. P. 243–250.
18. Wong H., Schwane R. Numerical investigation of transition in flow separation in a dual-bell nozzle // Proceedings of the 4th Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles, 15–18 October 2001, Capua, Italy. European Space Agency, 2002. P. 425–432.
19. Taylor N., Steelant J., Bond R. Experimental comparison of dual bell and expansion deflection nozzles // AIAA Paper. 2011. No. 2011-5688.
20. Perigo D., Schwane R., Wong H. A numerical comparison of the flow in conventional and dual bell nozzles in the presence of an unsteady external pressure environment // AIAA Paper. 2003. No. 2003-4731.
21. Stark R., Genin C., Wagner B., Koschel W. The altitude adaptive dual bell nozzle // Proceedings of the 16th International Conference on the Methods of Aerophysical Research (ICMAR 2012), 20–26 August, Kazan, Russia. 2012. 8 p.
22. Martelli E., Nasuti F., Onofri M. Numerical parametric analysis of dual–bell nozzle flows // AIAA Journal. 2007. Vol. 45. No. 3. P. 640–650.
23. Кочетков А.О. Эффективность многосопловой схемы стартовых ускорителей ракет с некруглыми неосесимметричными соплами // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2009. № 3. С. 67–69.
24. Ракетно–космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королева на рубеже двух веков / Под ред. Ю.П. Семенова. РКК «Энергия», 2001. 1330 с.
25. Волков К.Н. Дискретизация уравнений Навье–Стокса на подвижных неструктурированных сетках // Вычислительные методы и программирование. 2008. Т. 9. № 1. С. 256–273.