Нелинейная волновая механика самоподрыва РДТТ при запуске

22 Марта 2022

Докладчик: Сухинин Сергей Викторович (ИГиЛ СО РАН), sukhinin@hydro.nsc.ru

Тезисы доклада "Нелинейная волновая механика самоподрыва РДТТ при запуске" 

Впервые описано новое явление — гидроударный механизм перехода канально-щелевого горения твердого топлива в детонацию при запуске РДТТ. Предложены мероприятия для подавления этого явления.

Показано, что в том случае, когда эффективный радиус канально-щелевой конструкции газовой полости камеры сгорания РДТТ не является однородным по оси камеры сгорания, то при запуске двигателя распределения давления также является неоднородным по этой оси. Неравномерность давления обуславливает появление гидроупругих волн, которые часто называют гидроударом или (в англоязычной литературе) water hummer. Система уравнений, описывающих эти волны является гиперболической и существенно нелинейной.

При помощи теории квазилинейных гиперболических уравнений описана механика самоподрыва ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) на старте. Показано, что это явление обусловлено образованием сильного разрыва. Предложена математическая модель, описывающая гидроупругие волны в канально-щелевых конструкциях РДТТ. Скорость этих волн существенно меньше скорости звука в продуктах сгорания. Поэтому возможно образование сильных разрывов кинематических и термодинамических параметров продуктов сгорания в газовой полости камеры сгорания РДТТ. При помощи теории слабых разрывов описаны координаты и время образования градиентных катастроф. Показано: если точка (осевая координата) появления градиентной катастрофы (самоподрыва) находится внутри камеры сгорания (КС), то возможен самоподрыв РДТТ; при учете отражения волн от переднего днища с увеличением давления (примерно в 2 раза) образование градиентной катастрофы возможно в отраженной волне; если от заднего днища отражение нелинейных волн достаточно слабое, то разгонные участки горящей поверхности для канально-щелевых конструкций должны находиться в окрестности переднего днища; для прогноза градиентных катастроф необходимо обязательно учитывать нелинейность распространения волн давления в газовой полости КС РДТТ; нужно учитывать упругость стенок для точного прогноза градиентной катастрофы. Это обусловлено тем, что скорость гидроупругих волн в газовой полости КС РДТТ существенно ниже скорости ударных волн (скорости звука) в продуктах сгорания, упругость стенок канала повышает возможность самоподрыва РДТТ. Нелинейное образование гидроупругих ударных волн является важной (возможно основной) причиной самоподрыва РДТТ на старте.