Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số kết cấu đến chế độ làm việc của động cơ tên lửa nhiên liệu rắn hai buồng đốt làm việc nối tiếp

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT . v

DANH MỤC CÁC BẢNG . ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ . x

MỞ ĐẦU . 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ HAI BUỒNG ĐỐT LÀM VIỆC

NỐI TIẾP VÀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU . 7

1.1. Động cơ tên lửa nhiên liệu rắn nhiều chế độ lực đẩy . 7

1.1.1. Ứng dụng động cơ nhiều chế độ lực đẩy trong thực tế . 7

1.1.2. Một số sơ đồ nguyên lý kết cấu động cơ nhiều chế độ lực đẩy và

phạm vi ứng dụng . 10

1.1.3. Đặc điểm của động cơ một buồng đốt nhiều chế độ lực đẩy . 13

1.2. Động cơ hai buồng đốt làm việc nối tiếp . 17

1.2.1. Sơ lược về kết cấu . 17

1.2.2. Các chế độ lực đẩy nối tiếp . 18

1.3. Hiện trạng của vấn đề nghiên cứu . 19

1.3.1. Tình hình nghiên cứu của nước ngoài . 19

1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước . 20

1.4. Phân tích, lựa chọn mô hình nghiên cứu . 25

1.4.1. Cơ sở lựa chọn mô hình nghiên cứu . 25

1.4.2. Lựa chọn mô hình kết cấu động cơ . 27

1.4.3. Nguyên lý làm việc của động cơ . 29

1.4.4. Các giai đoạn làm việc của động cơ . 31

1.5. Các tham số kết cấu ảnh hưởng đến chế độ làm việc của động cơ

hai buồng đốt làm việc nối tiếp . 36

1.6. Kết luận chương 1 . 38iii

Chương 2 MÔ HÌNH LÝ THUYẾT CÁC QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA

ĐỘNG CƠ HAI BUỒNG ĐỐT LÀM VIỆC NỐI TIẾP . 39

2.1. Giả thiết và các quá trình xảy ra trong các buồng đốt . 40

2.1.2. Các giả thiết cơ bản . 40

2.1.3. Quá trình cháy, sinh khí của thuốc mồi và thuốc phóng. . 40

2.1.4. Quá trình trao đổi khí giữa các buồng đốt . 44

2.1.5. Quá trình truyền nhiệt từ sản phẩm cháy tới các bề mặt tiếp xúc 48

2.1.6. Quá trình phụt khí qua loa phụt . 52

2.1.7. Quá trình thay đổi trạng thái và biến đổi năng lượng trong các

buồng đốt. . 53

2.2. Hệ phương trình mô tả quá trình làm việc của các buồng đốt và

động cơ. 57

2.2.1. Các phương trình mô tả các quá trình của từng buồng đốt . 57

2.2.2. Hệ phương trình . 59

2.3. Sơ đồ thuật giải bài toán tổng quát. 65

2.4. Tính toán một số tham số làm việc của các buồng đốt . 67

2.5. Kết luận chương 2 . 74

Chương 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM . 75

3.1. Thử nghiệm buồng giữ chậm . 75

3.1.1. Cấu tạo buồng giữ chậm và động cơ thử nghiệm . 75

3.1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ thử nghiệm . 78

3.1.3. Kết quả tính toán và thử nghiệm . 78

3.1.4. Kết quả tính toán và thử nghiệm . 80

3.2. Thử nghiệm trên động cơ mẫu . 84

3.2.1. Kết cấu động cơ mẫu . 84

3.2.2. Tính toán các thông số làm việc của các buồng đốt . 87

3.2.3. Sơ đồ thử nghiệm động cơ mẫu . 88

3.2.4. Kết quả thử nghiệm động cơ mẫu tầng một . 90iv

3.2.5. Kết quả thử nghiệm động cơ mẫu tầng hai . 92

3.2.6. Kết quả thử nghiệm phối hợp trên động cơ mẫu . 93

3.3. Thử nghiệm trên động cơ kéo vũ khí FMV-B1 . 95

3.4. Kết luận chương 3 . 98

Chương 4 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ KẾT

CẦU ĐẾN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ HAI BUỒNG ĐỐT

LÀM VIỆC NỐI TIẾP . 99

4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài liều giữ chậm . 99

4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của đường kính liều giữ chậm . 104

4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của đường kính lỗ trích khí . 110

4.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng liều mồi 2 . 115

4.5. Kết luận chương 4 . 120

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 121

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ . 124

TÀI LIỆU THAM KHẢO . 125

PHỤ LỤC . P1

Phụ lục 1: TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG NHIỆT ĐỘNG HỌC

THUỐC PHÓNG BẰNG PHẦN MỀM ASTRA . P2

Phụ lục 2: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG LÀM

VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ HAI BUỒNG ĐỐT LÀM VIỆC NỐI TIẾP . P4

Phụ lục 3: SƠ LƯỢC VỀ TÍNH TOÁN KỸ THUẬT QUỸ ĐẠO

CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÊN LỬA KÉO CHUỖI NỔ MỀM . P11

Phụ lục 4: CÁC PHIẾU BÁO KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM . P15

pdf178 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 410 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số kết cấu đến chế độ làm việc của động cơ tên lửa nhiên liệu rắn hai buồng đốt làm việc nối tiếp, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
61        . gc. . ; ; ; 1 1 1 1 1 1 gc gc gc gc gc 2 2 2 2 2 2 k 1dp p dV Q dt V V dt dp p dVk 1 Q dt V V dt k 1dp p dV Q dt V V dt                . . ;11 1 v 1 1 gc m1 1 1 1 1 k 1 TdT Q c T m m m m dt p V                   . . ;22 2 v 2 2 gc m2 2 2 2 2 k 1 TdT Q c T m m m m dt p V                   . . ;gc gc gc v gc gc 1 gc 2 gc gc gc dT k 1 T Q c T m m m dt p V             .2 2 2; ; ;gc gc1 m1 1 m m T m T T dV mdV m m dV m m dt dt dt                       . . ; . . . ; . . . ; . . . ; . . . . ; m mm1 m2 1 1m 1 2 3 1m 2 1 l1 6 1 1 T 0 n 1gc 7 1 gc T 0 n 1 l 2 8 5 1 2 T 0 n de de u p u p dt dt de u p 1 K T T dt de u p 1 K T T dt de u p 1 K T T dt                                             (2.91)   * 2.1 1. . ;1 bdt1 bdt1 dQ S T T dt    * 2. . .. . ;gc gc bdt gc gc bdt gc dQ S T T dt    2* 2.2 2 2. . ;bdt bdt2 dQ S T T dt       2.1 1 1 2 2.2 2 2 2 ; ; bdt1 bdt1 vl vl K bdt bdt vl vl K dT T T dt c dT T T dt c               2. ,bdtgc gc gc bdtgc vl vl Kgc dT T T dt c      62  với các phương trình bổ sung:  1 1 2 2 2 2 2.n .cos( ). . .n .cos( ). . ;p1 lp1 th1 p lp thP C F p C F p     * . . . . . . . . . ; 1 1 m m1 e 1 v 1 1 v gc 1 gc dQ Q Q m Q m k c T m k c T m dt             * . . . . . . . . . ; 2 2 m m2 e 2 v 2 2 v gc 2 gc dQ Q Q m Q m k c T m k c T m dt             gc* gc. . . . .( ) ;e gc v gc 1 gc 2 gc dQ Q Q m k c T m m dt                                                                                    1 3 0 1 1 1 1 2 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 3 0 1 1 1 , 2 2 1 , 1 2 1 , 2 k k v gc gc k k k k k gc gc v gc gc kgc k gc v gc gc gc K k p F p k khi p p vµ pRT p pk p p k F khi p p vµ k p p pRT m K k p F p k khi p p vµ pRT                                                                2 1 1 1 1 3 1 1 ; 2 1 , 1 2 k k k k k gc gc v gc gc gc gc p pk p p k F khi p p vµ k p p pRT   , ; , k k 1 4 0 gc gc gc 2gc 2 k 12 gc k k k k 1 gc gc2 2 4 gc gc gc 2gc K k p F p k 1 khi p 2RT m p p2k p p k 1 F khi k 1 p p p 2RT                                                2 m1 0 m1 0m1 m1 m1 1 m13 0 m1 dm 3m ( e e ) m . u ; dt e     2 m2 0 m2 0m2 m2 m2 2 3 m23 m02 dm 3m ( e e ) m . . u ; dt e      . ( ). ;1 l 1 1 T 1 l1 dm de m S e dt dt     63  . ( ). ;2 l 2 2 T 2 l 2 dm de m S e dt dt     . ( ). ;gc gc gc T gc gc dm de m S e dt dt     . (k) . ;2 1 o th1 1 1 4 1 K F p m RT     . (k) . . ;2 2 o th2 2 2 3 5 2 K F p m RT      trong đó:    - Các biến điều khiển quá trình mồi trong các buồng đốt:      1 0 11 1 0 1 1 0 m m m m khi e e khi e e      ;  2 0 22 2 0 2 1 0 m m m m khi e e khi e e      .       (2.92)    - Biến điều khiển quá trình mồi- khởi động BĐ2:   0 3 0 0 1 gc gc gc gc khi e e khi e e       .              (2.93)    - Các biến điều khiển quá trình phụt khí qua loa phụt của BĐ1 và BĐ2:             1 1 01 1 1 01 4 1 1 01 1 0 ( *) ( ) 1 ( *) ( ) 1 ( 5. ) ( ) 0 ( 5. ) l l n l n khi p p vµ e e khi p p vµ e e khi p p vµ e e khi p p ;           2 2 01 2 2 01 5 2 2 01 2 0 ( *) ( ) 1 ( *) ( ) 1 ( 5. ) ( ) 0 ( 5. ) l l n l n khi p p vµ e e khi p p vµ e e khi p p vµ e e khi p p ,  (2.94)  trong đó p*, pn- lần lượt là áp suất mở nắp bịt loa phụt và áp suất môi trường.    - Các biến điều khiển quá trình bắt đầu cháy của các liều nhiên liệu:              1 6 1 01 1 1 01 0 0 1 ( ) ( ) moi l moi l khi p p khi e e khi p p vµ e e ;          (2.95)               7 0 0 0 0 1 ( ) ( ) gc moi gc gc gc moi gc gc khi p p khi e e khi p p vµ e e ;           (2.96)  64              2 8 2 02 2 2 02 0 0 1 ( ) ( ) moi l moi l khi p p khi e e khi p p vµ e e ,          (2.97)  trong đó pmoi là áp suất đảm bảo mồi cháy thuốc phóng.    T1, ε1, T2, ε2, Tgc, εgc – lần lượt là nhiệt độ sản phẩm cháy và hàm nhiệt  độ của SPC trong BĐ1, BĐ2, BGC: ε1=cv.T1, ε2=cv.T2, εgc=cv.Tgc;   Tbdt1, Tbdt2 , Tbdtgc- lần lượt là nhiệt độ bề mặt trong BĐ1, BĐ2, BGC;     p1, V1, p2, V2, pgc, Vgc –  lần  lượt  là áp suất và  thể  tích  tự do của BĐ1,  BĐ2, BGC;    el1, el2 , egc – lần  lượt  là bề dày của  liều phóng đã cháy sau thời gian t   tương ứng với BĐ1, BĐ2, BGC;    em1, em2 – lần lượt là bề dày của hạt thuốc mồi trong BĐ1 và BĐ2 sau ;    Q1*, Q2*, Qgc*- lần lượt là tổn thất nhiệt trong BĐ1, BĐ2 và BGC;     Qm, Qe – lần lượt là nhiệt lượng của thuốc mồi và nhiên liệu;     Q1.,, Q2.,, Qgc., - lần lượt là tổng nhiệt lượng trong BĐ1, BĐ2 và BGC;    1 2, , gcm m m      -  lần  lượt  là  lưu  lượng sinh khí của  liều nhiên  liệu trong  BĐ1, BĐ2 và BGC;    1 2,m m    - lần lượt là lưu lượng phụt khí qua loa phụt của BĐ1 và BĐ2;    1 2,gc gcm m    - lần lượt là lưu lượng trao đổi khí giữa BGC và BĐ1, giữa  BGC và BĐ2;    Điều kiện đầu đối với hệ, khi t=0:   1 2 0 1 2 0 1* 2* * 0 1 2 1 2     ; ;        0 ; ;     0;     0;   , gc gc gc bdt1 bdt2 bdtgc l l gc m m 1 1.0 2 2.0 gc gc.0 p p p p T T T Q Q Q T T T T e e e e e V =V ; V =V ; T V =V                                   (2.98)  65  trong đó:   p0, T0- tương ứng là áp suất và nhiệt độ ban đầu trong không gian buồng  đốt, xem gần đúng bằng áp suất và nhiệt độ môi trường xung quanh pn; V1.0, V2.0 , Vgc.0 – lần lượt là thể tích tự do ban đầu của BĐ1, BĐ2, BGC.  Để đảm bảo hệ phương trình (2.91) là một hệ kín có lời giải đơn trị với  điều kiện đầu (2.98), cần phải bổ sung các mối quan hệ đối với:  +  Diện  tích  bề  mặt  cháy  và  bề  dày  cháy:  S1(e)  ,  S2(e), Sgc(e). Với  liều  nhiên  liệu  trong BĐ1 và BĐ2 có dạng hình ống một  thỏi, S1(e)  , S2(e) được  xác định:      1 1 1 1.n t tpS e D d L  .          (2.99)     2 2 2 2.n t tpS e D d L  .      (2.100)  Liều giữ chậm dang cháy một mặt đầu,  (liều giữ chậm), Sgc(e) có giá trị:            2. 4 gc gc D S e              (2.101)  + Diện  tích bề  mặt cháy của  liều  mồi: Với  việc  coi  thuốc  mồi có dạng  hình cầu, kích  thước như nhau có  thể sử dụng công thức (2.31) để xác định  quy luật thay đổi diện tích bề mặt cháy của liều mồi.  2.3. Sơ đồ thuật giải bài toán tổng quát Do các buồng đốt vừa làm việc nối tiếp, vừa làm việc song song nên việc  giải hệ phương trình vi phân (2.91) khá phức tạp. Tại thời điểm ban đầu (t=0)  BĐ1 và BGC được khởi động đồng thời,  sau khi  liều giữ chậm cháy hết bề  dày cháy mới bắt đầu khởi động BĐ2. Tại thời điểm này có thể xảy ra sự làm  việc đồng thời của cả ba buồng đốt, sau đó chỉ còn lại quá trình làm việc của  BĐ2. Ngoài ra, các quá  trình sinh khí (của  liều mồi,  liều nhiên  liệu) và quá  trình phụt khí qua  loa phụt của các buồng đốt chỉ diễn ra  trong  một khoảng  thời gian nhất định trong quá trình buồng đốt làm việc. Quá trình trao đổi khí  (sản phẩm cháy) cũng xảy ra phụ thuộc vào sự chênh  lệnh áp suất giữa các  buồng đốt. Để giải quyết các vấn đề này, luận án đưa vào các biến điều khiển 66  1 2 8, ,...,   . Giá trị của các biến điều khiển được xác định trước mỗi vòng lặp  tính toán.    Hình 2.2. Sơ đồ thuật giải bài toán tổng quát  Bắt đầu  Các thông số kết cấu. Các tham số lý,  hóa,  nhiệt  của  nhiên  liệu,  thuốc  mồi  và vật liệu vỏ buồng đốt  Nhập các điều kiện đầu của  hệ PTVP  i=i+1 t=t+dt Nhập hệ PTVP, các điều kiện   và các phương trình bổ sung  Xác định lực đẩy (2.90)  Đ Xuất và lưu kết quả  S Giải (2.91) bằng phương pháp  Runge- Kutta  67  Theo đó,  luận án đã xây dựng sơ đồ thuật giải (hình 2.2) nhằm giải hệ  phương trình (2,91) gồm các bước chính:   a) Nhập thông số kết cấu BĐ1, BGC, BĐ2 và các thông số kết cấu liều  nhiên liệu tương ứng. Nhập các thông số đặc trưng năng lượng, đặc trưng lý,  hóa, nhiệt động của nhiên liệu, của thuốc mồi. Nhập các điều kiện đầu, bước  tích phân, biến đếm và biến thời gian.  b) Nhập các phương trình bổ sung, các biến điều khiển  1 2 8, ,...,   và hệ  phương  trình.  Tiến  hành  giải  hệ  phương  trình  (2.91)  bằng  phương  pháp  Phương pháp Runge-Kutta bậc 4.    c) Xuất kết quả tính toán các thông số làm việc của các buồng đốt và cả  động cơ hai buồng đốt làm việc nối tiếp.  2.4. Tính toán một số tham số làm việc của các buồng đốt Hệ phương trình (2.91) được giải bằng phần mềm MATHLAB R2009b  theo sơ đồ thuật giải hình 2.2 với các biến điều khiển (2.92)÷ (2.97), điều kiện  đầu (2.98) và các tham số đầu vào cho mô hình kết cấu động cơ như sau:  - Các thông số đặc trưng của thuốc mồi (bảng 2.1) lấy theo tài liệu [4],  [9] và theo tiêu chuẩn 06 TCN 839: 2000. Thuốc mồi dạng thuốc đen hạt to số  1 dùng cho cả hai buồng đốt động cơ.  Bảng 2.1. Các thông số đặc trưng của thuốc mồi    TT  Tên gọi  Ký hiệu  Giá trị  Đơn vị  1  Nhiệt lượng của thuốc mồi  Qm 4056  KJ/kg 2  Hệ số tốc độ cháy của thuốc mồi  u1m 70*10 -6  m/s 3  Số mũ tốc độ cháy  m 0,45  4  Mật độ của thuốc mồi  m 1650  kg/m 3 5  Bề dày cháy của thuốc mồi  e0m 0,0005  m - Các thông số đặc trưng của nhiên  liệu dùng cho các buồng đốt động  cơ (bảng 2.2), lấy theo tài liệu [4] và tiêu chuẩn 06 TCN 834: 2000. Ngoài ra,  luận án xác định các thông số nhiệt động học của nhiên liệu dựa trên kết quả  phân tích thành phần và giả định điều kiện làm việc bằng phần mềm ASTRA  68  để tính toán [1], [20], [21], [23] Kết quả tính toán các thông số nhiệt động  học được nêu trong phụ lục 1.  Bảng 2.2. Các thông số đặc trưng của nhiên liệu  TT  Tên gọi  Ký hiệu  Giá trị  Đơn vị  1  Nhiệt lượng   Qe 3590  KJ/kg 2  Chỉ số mũ đoạn nhiệt  k 1,25  3  Hằng số khí của sản phẩm cháy  R 362  J/kg.K 4  Hệ số tốc độ cháy  u1 43,44*10 -6  m/s 5  Số mũ tốc độ cháy   0,3456  6  Hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ   KT 0,0034  7  Mật độ của nhiên liệu  T 1600  kg/m 3 - Luận án đề xuất một số thông số kết cấu động cơ nêu trong bảng 2.3.  Các thông số này được  lựa chọn theo mô hình kết cấu động cơ đã chọn như  trên hình (1.12) trên cơ sở các thông số kết cấu gần tương tự như động cơ kéo  vũ khí FMV-B1.  Bảng 2.3. Một số thông số kết cấu ĐTRHBN đề xuất  TT  Thông số  Ký hiệu  Giá trị  Đơn vị  Thông số chung của buồng đốt thứ nhất và buồng đốt thứ hai  1  Đường kính ngoài liều nhiên liệu  Dn  0,1045 m 2  Đường kính trong liều nhiên liệu  dt  0,018 m 3  Đường kính trong buồng đốt  k D   0,113 m 4  Bề dày vỏ buồng đốt  k    0,003 m   Các thông số riêng của buồng đốt thứ nhất 5  Chiều dài liều nhiên liệu  Ltp1  0,510 m 6  Chiều dài buồng đốt (tương đương)  1kL   0,660 m 7  Khối lượng mồi  mm1 0,036 kg 8  Đường kính tiết diện tới hạn loa phụt  dth1  0,0137 m 9  Đường kính cửa ra  da1 0,0315 m 10  Số loa phụt  Slp1  4   69  TT  Thông số  Ký hiệu  Giá trị  Đơn vị  Các thông số riêng của buồng đốt thứ hai 11  Chiều dài liều nhiên liệu  Ltp2  0,360 m 12  Chiều dài buồng đốt (tương đương)  k2L   0,430 m 13  Khối lượng mồi  mm2 0,023 kg 14  Đường kính tiết diện tới hạn loa phụt  dth2  0,0097 m 15  Đường kính cửa ra  da2 0,016 m 16  Số loa phụt  Slp2  6   - Luận án đề xuất một số thông số kết cấu cụm giữ chậm trên bảng 2.4.  Các thông số này được lựa chọn theo mô hình kết cấu cụm giữ chậm đã chọn  hình (1.13).  Bảng 2.4. Các thông số kết cấu cụm giữ chậm ĐTRHBN đề xuất  TT  Tên gọi  Ký hiệu  Giá trị  Đơn vị  1  Chiều dài buồng giữ chậm   kgcL   0,040 m 2  Đường kính trong buồng giữ chậm  kgcD   Dgc m 3  Bề dày buồng giữ chậm (tương đương)  kgc   0,018 m 4  Đường kính ngoài liều hình trụ đặc  gcD   0,070 m 5  Chiều dài liều giữ chậm  gcL   0,025 m 6  Đường kính lỗ trích khí  dv1 0,006 m 7  Đường kính lỗ phụt khí  dv2 0,004 m Đưa  các  thông  số  trên  vào  trong  chương  trình  giải  hệ  phương  trình  (2.91) với các điều kiện đầu đối với hệ khi t=0 như (2.98). Chương trình và  kết quả tính toán được nêu trong phụ lục 2 của luận án.   Đồ thị hình 2.3 đến hình 2.10 mô tả một số thông số làm việc (lực đẩy  P; áp suất p1, p2, pgc; lưu lượng sinh khí của các liều nhiên liệu  1m  ,  2m  ,  gcm  ;  lưu  lượng  trao đổi khí  giữa buồng  giữ chậm  và các buồng đốt  1 gcm  ,  2 gcm  ;  nhiệt độ của  sản phẩm cháy T1, T2, Tgc; nhiệt độ  thành  buồng đốt  Tbd1, Tbd2,  Tbgc; thể tích trống các buồng đốt V1, V2, Vgc; bề dày cháy của các liều nhiên  liệu).  70  Hình 2.3. Đồ thị lực đẩy  Hình 2.4. Đồ thị áp suất  Hình 2.5. Đồ thị lưu lượng sinh khí của các liều nhiên liệu  71  Hình 2.6. Đồ trị lưu lượng trao đổi khí BGC-BĐ1 và BGC-BĐ2  Hình 2.7. Nhiệt độ SPC  Hình 2.8. Nhiệt độ thành buồng đốt  72  Hình 2.9. Đồ thị thể tích trống  Hình 2.10. Đồ thị bề dày cháy của các liều nhiên liệu  Nhận  xét: Các đồ  thị  mô  tả  sự  thay  đổi  giá  trị  các  thông số  làm  việc  trong các buồng đốt theo thời gian từ khi khởi động cho đến khi BĐ2 kết thúc  làm  việc  đã  phản  ánh  đúng  bản  chất  vật  lý  các  quá  trình  xảy  ra  trong  các  buồng đốt như đã nêu. Cụ thể là:  1. Mô hình nghiên cứu cho  phép  tạo  ra được chế độ  lực đẩy  nối  tiếp  gián đoạn như trên hình 2.3 khi sử dụng liều giữ chậm hình trụ có Lgc=25mm  dài hơn bề dày cháy lớn nhất của liều nhiên liệu e01= e02= 21,5mm.  2. Từ đồ thị áp suất (hình 2.4) cho thấy, áp suất trong BGC liên tục tăng  cho đến khi cao hơn giá  trị áp suất trong BĐ1. Điều này hoàn toàn phù hợp  với đặc điểm  làm việc đã nêu: cửa  ra  loa phụt của BGC có áp suất bằng áp  suất  trong BĐ1. Sau khi BĐ1 kết  thúc  làm việc và giảm nhanh áp suất, kéo  73  theo áp suất BGC cũng bị giảm nhưng với “tốc độ” chậm hơn. Sau khi thuốc  phóng trong BGC cháy hết, BĐ2 bắt đầu làm việc. Khi áp suất trong BĐ2 lớn  hơn áp suất trong BGC, van một chiều đóng lại, ngăn không cho sự trao đổi  khí giữa hai buồng đốt: BGC và BĐ2. Lúc này chỉ còn quá trình phụt khí tự  do từ BGC sang BĐ1 và thoát ra ngoài qua loa phụt của tầng một.  3. Đồ thị  lưu  lượng sinh khí của các  liều nhiên  liệu hình 2.5 và đồ thị  lưu lượng trao đổi khí giữa BGC với BĐ1 và giữa BGC với BĐ2 hình 2.6 cho  thấy ở giai đoạn đầu lưu lượng  1-gcm  có giá trị âm, tương ứng với dòng SPC  chảy từ BĐ1 sang BGC. Sau khi áp suất BGC cao hơn áp suất BĐ1, quá trình  trao đổi khí diễn ra theo chiều ngược lại,  1-gcm  có giá trị dương. Tùy theo áp  suất và nhiệt độ SPC của BĐ1, giá  trị  lưu  lượng    trao đổi khí giữa BGC và  BĐ1 có “tốc độ” khác nhau.  Quá trình trao đổi khí giữa BGC và BĐ2 chỉ xảy ra trong một khoảng  thời gian ngắn, từ khi liều giữ chậm đã cháy hết bề dày cháy cho đến khi áp  suất trong BĐ2 cao hơn áp suất trong BGC.  4. Các đồ thị nhiệt độ SPC trong các buồng đốt hình 2.7, đồ thị nhiệt độ  thành buồng đốt hình 2.8, đồ thị thể tích trống của các buồng đốt và đồ thị bề  dày cháy của các liều nhiên liệu cũng phản ánh tương ứng quá trình làm việc,  quá trình thay đổi diễn ra trong các buồng đốt ở các giai đoạn khác nhau.  74  2.5. Kết luận chương 2   Chương 2 đã thiết lập được mô hình toán, mô tả bản chất vật lý toàn bộ  quá trình làm việc của ĐTRHBN, đồng thời xây dựng sơ đồ thuật giải và giải  bài toán thu được các kết quả. Từ  kết quả trên, có thể kết luận như sau:    1. Các quá  trình  xảy  ra  trong buồng đốt  ĐTR  nói chung  và  trong các  buồng đốt ĐTRHBN nói riêng là rất phức tạp. Việc lựa chọn và đưa ra các giả  thiết cơ bản, phù hợp với đặc  thù của bài  toán và không ảnh hưởng đến kết  quả tính toán có vai trò quan trọng đối với việc thiết lập mô hình toán.    2. Dựa trên các định  luật cơ bản như định  luật bảo toàn vật chất, bảo  toàn năng lượng, nhiệt lượng và các bài toán thuật phóng, có thể đã xây dựng  được được các phương trình vi phân mô tả các quá trình  lý-hóa-nhiệt xảy ra  trong  các  buồng  đốt.  Thiết  lập  hệ  phương  trình  và  các  phương  trình  bổ  trợ  theo giản đồ thời gian. Dựa trên mô hình kết cấu để xây dựng điều kiện đầu  và dựa vào thứ tự làm việc để xây dựng điều kiện biên.     3. Các quá trình xảy ra trong các buồng đốt không diễn ra đồng thời, vì  vậy các phương trình vi phân không được giải đồng thời. Bằng việc đưa vào  các biến điều khiển hợp  lý, có thể tiến hành giải hệ theo phương pháp thông  thường với các bộ số liệu:    - Các  số  liệu  kết  cấu  được  lựa  chọn  theo  mô  hình  đã  xác  định  trong  chương 1 trên cơ sở tham khảo các nghiên cứu đã có.    - Các thông số đặc trưng năng lượng, tốc độ cháy của nhiên liệu và của  thuốc mồi được tính toán và tham khảo các công trình nghiên cứu.    4. Các kết quả tính toán thu được, về mặt định tính, đã phản ánh đúng  bản chất vật lý. Về định lượng, các số liệu thu được đối với từng thông số làm  việc  là  hợp  lý.  Tuy  nhiên,  độ  chính  xác  sẽ  được  tiếp  tục  kiểm  chứng  bằng  thực nghiệm trong chương 3.  75  Chương 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Trước khi ứng dụng mô hình lý thuyết đã được xây dựng để thực hiện  những nghiên cứu định hướng cụ thể, cần phải tiến hành kiểm tra và đánh giá  độ tin cậy của các mô hình tính toán. Luận án đề xuất phương pháp kiểm tra  dựa trên việc so sánh kết quả tính toán lý thuyết theo hệ phương trình (2.91)  với kết quả thực nghiệm qua thông số áp suất.  3.1. Thử nghiệm buồng giữ chậm Vì điều kiện thực tế, nghiên cứu sinh không thể chế tạo được mô hình  kết cấu như đã trình bày ở phần tính toán. Do các quá trình làm việc của BĐ1  và  BGC  xảy  ra  đồng  thời  và  làm  việc  song  song  nên  để  BGC  trong  thực  nghiệm có môi trường làm việc tương tự như trong mô hình lý thuyết, nghiên  cứu sinh  đã  thay  thế buồng  tạo  giả  (BTG) vào  vị  trí  của  BĐ1. Cụ  thể  là  áp  suất và thời gian duy trì áp suất của BTG tương tự như BĐ1.  3.1.1. Cấu tạo buồng giữ chậm và động cơ thử nghiệm Theo nguyên lý kết cấu nêu trong chương 2, buồng giữ chậm có kết cấu   dạng một động cơ nhiên liệu rắn được mô tả chi tiết trên hình 3.1. Buồng giữ  chậm được lắp vào nắp sau của BTG (chi tiết 1). Buồng giữ chậm gồm có loa  phụt  (2);  liều  giữ  chậm  (4);  vỏ buồng  giữ  chậm (5); ống  lót  (6)  và  nắp  sau  buồng giữ chậm (7). Gá đo áp suất (3) dùng để lắp đầu đo áp suất trong buồng  giữ chậm.    Lỗ trích khí (2) có vai trò như loa phụt động cơ đảm bảo cho liều giữ  chậm cháy ổn định khi áp suất bên ngoài lỗ trích khí (áp suất BTG) nằm trong  khoảng 0,1MPa đến 8 MPa.    Liều giữ chậm (4) được bọc chống cháy toàn bộ mặt trụ. Mặt đáy liều  giữ  chậm  được  bịt  chống  cháy  một  phần.  Liều  giữ  chậm  chỉ  cháy  trên  mặt  đầu, bề dày cháy của liều là toàn bộ chiều dài thỏi thuốc.   76  Hình 3.1. Buồng giữ chậm lắp và nắp sau của buồng tạo giả  1. Nắp sau BTG; 2. Lỗ trích khí; 3. Gá đo áp suất; 4 Liều giữ chậm; 5. Vỏ buồng giữ chậm; 6. Ống lót; 7. Nắp sau buồng giữ chậm.  Các thông số đặc trưng năng lượng, tốc độ cháy của nhiên liệu đã nêu  trong bảng 2.2. Các thông số kết cấu liều giữ chậm và thông số kết cấu buồng  giữ chậm được trình bày trong bảng 3.1.  Bảng 3.1. Các thông số kết cấu buồng giữ chậm và liều giữ chậm  TT  Thông số  Ký hiệu  Giá trị  Đơn vị  1  Chiều  dài  buồng  giữ  chậm  (tương  đương)  kgc L   0,040 m 2  Đường kính trong buồng đốt  kgcD   0,032 m 3  Bề dày buồng giữ chậm  kgc   0,005 m 4  Đường kính ngoài liều hình trụ đặc  gcD   0,030 m 5  Chiều dài liều giữ chậm  gcL   0,0225 0,0300 m 6  Đường kính lỗ trích khí  dv1 0,002 m   Buồng giữ chậm được liên kết với nắp của buồng tạo giả, kết hợp với  các chi tiết, thiết bị bổ trợ tạo thành động cơ thử nghiệm. Cấu tạo động cơ thử  nghiệm được mô tả như trên hình 3.2.  1 2 3 4 5 6 7 77  Hình 3.2. Cấu tạo động cơ thử nghiệm  1. Cụm bảo hiểm; 2. Buồng tạo giả; 3. Nắp sau; 4. Cụm mồi; 5. Lỗ trích khí; 6. Buồng giữ chậm; 7. Đầu đo áp suất; 8. Van xả.   BTG chứa cụm mồi (chi tiết 4 hình 3.2) nhằm tạo áp suất ban đầu (các  đặc trưng năng lượng và tốc độ cháy của thuốc mồi như trong bảng 2.1). Nắp  sau  (3) của  BTG có  lỗ  trích khí  (5) đóng  vai  trò như  loa phụt của động cơ.  Ngoài  ra, BTG  liên  thông và  liên kết  ren với cụm bảo hiểm (1), van xả (8)-  thời gian mở van xả được tính toán để bằng thời gian làm việc của BĐ1, đầu  đo  áp  suất  (7)  và  buồng  giữ  chậm  (6).  Các  thông  số  kết  cấu  buồng  tạo  giả  được nêu trong bảng 3.2.  Bảng 3.2. Các thông số kết cấu buồng tạo giả  TT  Thông số  Ký hiệu  Giá trị  Đơn vị  1  Chiều dài (tương đương)  1kL   53 mm 2  Đường kính trong   1kD   107 mm 3  Bề dày thành BTG  k 1    8 mm 4  Đường kính tiết diện tới hạn loa phụt  dth  0,5  mm 5  Khối lượng mồi  mm 13 g 1 6 2 3 7 4 8 5 78  3.1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ thử nghiệm Nguyên lý làm việc của động cơ thử nghiệm theo sơ đồ hình (3.1) như  sau: sau khi điểm hỏa, cụm mồi cháy tạo ra áp suất ban đầu trong BTG đồng  thời mồi cháy liều giữ chậm và liều nhiên liệu của cụm van xả. Lượng khí từ  BGC bổ sung vào BTG cân bằng với lượng khí phụt ra ngoài qua lỗ trích khí  nhằm duy trì áp suất ổn định. Sau khi  liều nhiên  liệu  trong van xả cháy hết,  sản phẩm cháy  trong  BTG phụt qua  lỗ  thoát khí  van  xả  làm  giảm  nhanh áp  suất trong BTG (gần giống với giai đoạn phụt khí tự do của động cơ). Sau khi  áp suất trong BTG giảm về gần với áp suất môi trường, liều giữ chậm vẫn tiếp  tục cháy, phụt khí sang BTG cho đến khi liều giữ chậm cháy hết bề dày cháy  và phụt khí ra ngoài qua lỗ thoát khí phía sau liều.  Do không có liều nhiên liệu trong buồng tạo giả, các quá trình chủ yếu  xảy ra trong buồng này bao gồm:    - Quá trình cháy và sinh khí của thuốc mồi;    - Quá trình cháy sinh khí của liều nhiên liệu van xả;    - Quá trình chuyển động của sản phẩm cháy trong buồng giữ chậm;    - Quá trình tiêu hao sản phẩm cháy (phụt khí) qua loa phụt;    - Quá trình trao đổi khí giữa buồng giữ chậm sang buồng tạo giả;    - Quá  trình truyền nhiệt  từ sản phẩm cháy tới các bề mặt  tiếp xúc với  sản phẩm cháy;    - Quá  trình  thay  đổi  trạng  thái  và  biến  đổi  năng  lượng  của  sản  phẩm  cháy.  3.1.3. Kết quả tính toán và thử nghiệm Sơ đồ động cơ thử nghiệm được mô tả như trên hình 3.3. BTG đóng vai  trò như BĐ1 của động cơ nhằm tạo ra áp suất ban đầu và duy trì áp suất trong  suốt quá trình làm việc của buồng giữ chậm. Cụm mồi dùng để mồi cháy cho  liều  giữ chậm  (trong  BGC),  mồi cháy cho cụm  van  xả  và  tạo áp  suất  trong  79  BTG  (trong  BTG  không  chứa  thuốc  phóng).  Sau  khi  BGC  làm  việc  sẽ  bổ  sung khí thuốc cho BTG. Khi áp suất trong BTG đạt đến giá trị tính toán, SPC  thoát ra ngoài qua  lỗ trích khí. Do lượng khí sinh ra ở BGC bằng với  lượng  khí thoát ra từ BTG nên áp suất trong BTG không thay đổi.  Hình 3.3. Sơ đồ động cơ thử nghiệm  Ngoài kết cấu vỏ, nắp và lỗ trích khí, BTG còn có thêm các thành phần  bổ trợ sau:  - Đầu đo áp suất: Dùng để đo xác định đồ thị áp suất p1(t) của BTG và  áp suất pgc(t) của BGC;  - Cụm bảo hiểm an toàn: Bảo đảm an toàn cho thử nghiệm;  - Van xả: Để xả khí trong buồng tạo giả sau một khoảng thời gian nhất  định, tương ứng với thời gian cháy của liều nhiên liệu BĐ1. Van xả chứa liều  nhiên liệu cháy từ mặt đầu và lỗ thoát khí đặt phía sau liều. Sau khi liều nhiên  liệu này cháy hết, toàn bộ sản phẩm cháy trong BTG sẽ được xả qua lỗ thoát  khí nhằm giảm áp suất trong . Khi đó đồ thị áp suất trong BTG có dạng gần  tương tự đồ thị p1(t) của BĐ1.  Buồng giữ chậm có dạng buồng đốt động cơ chứa liều giữ chậm và loa  phụt  (dạng  lỗ  trích khí). Toàn bộ  sản phẩm cháy của buồng  giữ chậm được  phụt qua lỗ trích khí đưa sang BTG. Ngoài kết cấu trên, buồng giữ chậm còn  có vị trí lắp đầu đo áp suất nhằm thu được đồ thị áp suất so sánh, kiểm chứng  kết quả tính toán.  Buồng tạo giả buồng đốt thứ nhất Buồng giữ chậm Đầu đo áp suất Cụm bảo hiểm Cụm mồi Van xả Đầu đo áp suất 80  3.1.4. Kết quả tính toán và thử nghiệm    Đưa các  thông số  vào  giải  hệ phương  trình  (2.91) bao  gồm: Nhiệt độ  ban đầu T0=298 K; các đặc trưng năng lượng, tốc độ cháy của thuốc mồi (cho  buồng tạo giả) và của nhiên  liệu (tính cho liều giữ chậm) đã nêu trong bảng  2.1,  bảng  2.2;  các  thông  số  kết  cấu  buồng  tạo  giả  nêu  trong  bảng  3.1;  các  thông số kết cấu buồng giữ chậm và liều giữ chậm nêu trong

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_anh_huong_cua_mot_so_tham_so_ket_cau_den.pdf
Tài liệu liên quan