2.3.2. Неустойчивые режимы работы рдтт

Явление неустойчивой работы ракетных двигателей с трубчатыми Нарядами твердого топлива (баллиститного; смесевого, неметаллизированного), иногда наблюдаемые при огневых стендовых испытаниях, Трудно поддаются изучению. Результаты запусков экспериментальных РДТТ с неустойчивыми режимами горения зарядов можно разделить на три большие группы.

1. Высокочастотная неустойчивость горения, когда частота колебаний порядка a/L, где L — длина заряда или камеры.

2. Низкочастотная неустойчивость горения, когда частота колебаний существенно меньше a/L и порядка v/L.

3. Пульсирующее горение; в этом случае топливо в двигателе то за­горается, то гаснет.

В возникновении и развитии неустойчивых режимов горения играет |роль следующие факторы:

1) пульсирующий срыв вихрей на участках от соплового торца до входа в сопло, между секциями заряда и в других местах резкой деформации потока;

2) акустические свойства свободного объема РДТТ; в канале рубчатого заряда при высокочастотной неустойчивости наблюдаются стоячие тангенциальные или продольные колебания газа (рис. .2.5).

Круговая частота акустических колебаний газа в цилиндрическом канале, закрытом с обоих концов, равна [1]

,

где =0;a₀i =1,84; а_о2 =3,05; а_1О=3,83.

Поскольку с увеличением частоты колебаний растут потери акустической энергии, то в длинных каналах (L 2r_кан) вероятны продольные колебания (т = п = 0), частота основной моды которых (z = 1); в коротких ()вероятны тангенциальные (m =z = 0), частота их первой моды при n = 1 = 1,84а/r.

3. Газодинамические параметры потока (скорость, давление) с накладывающимися колебаниями (скорости и давления) во внутреннем и внешнем каналах трубчатой шашки.

Рис. 2.5 Толщина выгоревшего свода заряда твердого топлива (а) и стоячие волны скорости (б) и давления (в) при высокочастотной неустойчивости горения:

1 — акустическая отрицательная эрозия; 2 — акустические эрозионные бороздки, v > v_n.

4. Взаимодействие процесса горения твердого топлива с течением га­за и акустическими колебаниями. Это наиболее важное звено явлений не­ устойчивого горения. Известно несколько моделей этого сложного и трудно поддающегося раскрытию механизма. Наиболее простой является модель "отрицательной эрозии", в соответствии с которой зависимость скорости горения твердого топлива от скорости потока выражается сле­дующим образом:

= при;.

при .

В этих соотношениях коэффициент отрицательной эрозии k: не зависит от давления, пороговая скорость возрастает с уменьшением давления, а коэффициент к_у уменьшается с ростом давления (см. подразд. 2.1).

5. Наличие в двигателе теплоаккумулирующих элементов для инициирования горения при пульсирующем режиме. При пульсирующем горении начальное распределение скорости потока такое (vv_n), что уменьшение скорости горения из-за отрицательной эрозии имеет место на боль­ шей части поверхности. Это приводит к уменьшению давления, росту пороговой скорости и дальнейшему увеличению площади, охваченной эрозией; вследствие этого происходят дальнейшее падение давления и срыв горения.