DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v19r214

Многопараметрическая оптимизация органов управления вектором тяги, основанных на вдуве струи газа в сверхзвуковую часть сопла

Авторы

  • К.Н. Волков
  • В.Н. Емельянов
  • М.С. Яковчук

Ключевые слова:

оптимизация
численное моделирование
двигатель
управление вектором тяги
сопло
струя
вдув

Аннотация

Рассматриваются процессы, сопровождающие вдув сверхзвуковой струи газа в расширяющуюся часть сопла, применительно к созданию управляющих усилий в ракетных двигателях. Разрабатывается подход к многопараметрической оптимизации геометрической формы сопла и параметров вдува струи в сверхзвуковой поток, основанный на применении численной модели турбулентного течения вязкого сжимаемого газа. В качестве параметров оптимизации используются степень нерасчетности вдуваемой струи, угол наклона сопла вдува к оси основного сопла, удаление сопла вдува от критического сечения основного сопла и форма выходного сечения сопла вдува. Проводится сравнение результатов расчетов, полученных для различных конфигураций системы подвода вдуваемого газа. Делаются выводы о влиянии входных параметров задачи на коэффициент изменения тяги сопла.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2018-04-20

Выпуск

Том 19 (2018): Выпуск 2.

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Авторы

К.Н. Волков

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• ведущий научный сотрудник

В.Н. Емельянов

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• профессор

М.С. Яковчук

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• доцент

Библиографические ссылки

  1. R. V. Antonov, V. I. Grebenkin, N. P. Kuznetsov, et al., Thrust Vector Control of Solid-Propellant Rockets: Calculation, Design features, and Experiment (Research Center ’Regular and Chaotic Dynamics’, Izhevsk, 2006) [in Russian].
  2. A. Kamran and L. Guozhu, “An Integrated Approach for Optimization of Solid Rocket Motor,” Aerosp. Sci. Technol. 17 (1), 50-64 (2012).
  3. M. Anderson, J. Burkhalter, and R. Jenkins, “Multi-Disciplinary Intelligent Systems Approach to Solid Rocket Motor Design. Part II: Multiple Goal Optimization,” AIAA Paper 2001-3600 (2001).
  4. M. Yumuşak and S. Eyi, “Design Optimization of Rocket Nozzles in Chemically Reacting Flows,” Comput. Fluids 65, 25-34 (2012).
  5. M. Yumuşak, “Analysis and Design Optimization of Solid Rocket Motors in Viscous Flows,” Comput. Fluids 75, 22-34 (2013).
  6. X. Zhao, S. Bayyuk, and S. Zhang, “Aeroelastic Response of Rocket Nozzles to Asymmetric Thrust Loading,” Comput. Fluids 76, 128-148 (2013).
  7. T. Inoyue and H. B. Nottage, “Experiments on Rocket Thrust Vector Control by Hot Gas Injection,” J. Spacecr. Rockets 3 (5), 737-739 (1966).
  8. F. W. Spaid and E. E. Zukoski, “A Study of the Interaction of Gaseous Jets from Transverse Slots with Supersonic External Flows,” AIAA J. 6 (2), 205-212 (1968).
  9. S. Aso, K. Inoue, K. Yamaguchi, and Y. Tani, “A Study on Supersonic Mixing by Circular Nozzle with Various Injection Angles for Air Breathing Engine,” Acta Astronaut. 65 (5-6), 687-695 (2009).
  10. R. Srinivasan and R. D. W. Bowersox, “Transverse Injection Through Diamond and Circular Ports into a Mach 5.0 Freestream,” AIAA J. 46 (8), 1944-1962 (2008).
  11. K. Kobayashi, R. D. W. Bowersox, R. Srinivasan, et al., “Experimental and Numerical Studies of Diamond-Shaped Injector in a Supersonic Flow,” J. Propul. Power 26 (2), 373-376 (2010).
  12. S. Tomioka, T. Kohchi, R. Masumoto, et al., “Supersonic Combustion with Supersonic Injection through Diamond-Shaped Orifices,” J. Propul. Power 27 (6), 1196-1203 (2011).
  13. W. Huang, J. Liu, L. Jin, and L. Yan, “Molecular Weight and Injector Configuration Effects on the Transverse Injection Flow Field Properties in Supersonic Flows,” Aerosp. Sci. Technol. 32 (1), 94-102 (2014).
  14. W. Huang, W.-D. Liu, S.-B. Li, et al., “Influences of the Turbulence Model and the Slot Width on the Transverse Slot Injection Flow Field in Supersonic Flows,” Acta Astronaut. 73, 1-9 (2012).
  15. J. John, S. Shyam, A. Kumar, et al., “Numerical Studies on Thrust Vectoring Using Shock Induced Supersonic Secondary Jet,” Int. J. Mechan. Aerosp. Indust. Mechatron. Eng. 7 (8), 645-651 (2013).
  16. W. Huang W., Z.-G. Wang, J.-P. Wu, and S.-B. Li, “Numerical Prediction on the Interaction between the Incident Shock Wave and the Transverse Slot Injection in Supersonic Flows,” Aerosp. Sci. Technol. 28 (1), 91-99 (2013).
  17. N. N. Fedorova, I. A. Fedorchenko, and A. V. Fedorov, “Mathematical Modeling of Jet Interaction with a High-Enthalpy Flow in an Expanding Channel,” Zh. Prikl. Mekh. Tekh. Fiz. 54 (2), 32-45 (2013) [J. Appl. Mech. Tech. Phys. 54 (2), 195-206 (2013)].
  18. K. N. Volkov, V. N. Emel’yanov, and M. S. Yakovchuk, “Numerical Simulation of the Interaction of a Transverse Jet with a Supersonic Flow Using Different Turbulence Models,” Zh. Prikl. Mekh. Tekh. Fiz. 56 (5), 64-75 (2015) [J. Appl. Mech. Tech. Phys. 56 (5), 789-798 (2015)].
  19. K. N. Volkov, V. N. Emelyanov, and M. S. Yakovchuk, “Transverse Injection of a Jet from the Surface of a Flat Plate into the Supersonic Flow Over It,” Inzh. Fiz. Zh. 90 (6), 1512-1517 (2017) [J. Eng. Phys. Thermophys. 90 (6), 1439-1444 (2017)].
  20. V. Emelyanov, K. Volkov, and M. Yakovchuck, “Transverse Jet Injection into a Supersonic Nozzle Flow,” in Proc. 30th Int. Symposium on Shock Waves, Tel Aviv, Israel, July 19-24, 2015 (Spinger, Cham, 2017), Vol. 1, pp. 77-82.
  21. K. N. Volkov, V. N. Emelyanov, and M. S. Yakovchuk, “Simulation of the Transverse Injection of a Pulsed Jet from the Surface of a Flat Plate into Supersonic Flow,” Zh. Prikl. Mekh. Tekh. Fiz. 58 (6), 114-125 (2017).
  22. D. Cecere, E. Giacomazzi, and A. Ingenito, “A Review on Hydrogen Industrial Aerospace Applications,” Int. J. Hydrogen Energy 39 (20), 10731-10747 (2014).
  23. L. Yan, W. Huang, T.-T. Zhang, et al., “Numerical Investigation of the Nonreacting and Reacting Flow Fields in a Transverse Gaseous Injection Channel with Different Species,” Acta Astronaut. 105 (1), 17-23 (2014).
  24. Yu. A. Zelenkov, “A Method of Multiobjective Optimization on the Basis of Approximate Models for an Optimized Object,” Vychisl. Metody Programm. 11, 250-260 (2010).
  25. K. N. Volkov, “Solving the Coupled Thermal Problems and the Thermal Load Transfer between a Fluid and a Solid Body,” Vychisl. Metody Programm. 8, 265-274 (2007).
  26. P. V. Bulat, K. N. Volkov, and M. S. Yakovchuck, “Flow Visualization with Strong and Weak Gas Dynamic Discontinuities in Computational Fluid Dynamics,” Vychisl. Metody Programm. 17, 245-257 (2016).