Моделирование внутренней баллистики твердотопливного маршевого двигателя с учетом трехмерного сгорания сердечника

Проведены моделирования внутренней баллистики твердотопливных ракетных двигателей, в которых трехмерная геометрия горящей поверхности заряда описывается новым подходом на основе функции минимального расстояния, а внутреннее поле потока представлено одномерными, зависящими от времени, однофазными уравнениями сжимаемого потока. Модель горения включает эрозионное горение и нестационарное динамическое горение, соответствующее переходному накоплению энергии в нагретом поверхностном слое топлива. Интегрированный код внутренней баллистики (Rocballist) используется для изучения роли этих двух механизмов, увеличивающих скорость горения, в характеристиках твердотопливного двигателя. В качестве тестовых случаев рассмотрены два тактических двигателя. Результаты показывают, что динамическое горение может быть доминирующим фактором, вызывающим кратковременный импульс давления при зажигании в двигателях с малым отношением L/D, особенно если отношение длины к диаметру невелико и поперечное сечение порта не создает ограничения (например, центрально перфорированный сердечник). Однако при большом L/D и некруглом поперечном сечении порта в кормовой части (кормовые ребра/щели) эрозионное горение может взять на себя доминирующую роль в увеличении скорости горения до такой степени, что прогрессивная временная зависимость давления становится регрессивной или нейтральной. Иными словами, эрозионное горение может эффективно продлить начальный импульс давления в некоторых звездообразных кормовых сердечниках. Результаты также показывают, что при достаточно точных моделях динамического и эрзионного горения можно ожидать надежных прогнозов внутренней баллистики с использованием соответствующим образом упрощенных моделей поля течения, что позволяет существенно сократить время расчета по сравнению с трехмерными многофазными моделями реагирующего потока.