книги / Численное моделирование нестационарных переходных процессов в активных и реактивных двигателях

Зажигание первой расчётной точки /=36 на поверхности нижней сгораемой гильзы таблица 2.3 (конструктивно нижняя гильза состоит из несгораемой и сгораемой частей, сгораемая часть примерно на 1/3 охватывает нижний полузаряд со стороны верхнего полузаряда (см. рис.2.1)) происходит в момент времени /=2,166шс при температуре поверхности Тк=966К. Все остальные точки сгораемой гильзы вплоть до 1=55 зажигаются последовательно, постепенно увеличивая температуру поверх­ ности при вспышке до Тк =1043ЛГ. Время полного воспламенения нижней сгораемой гильзы - /=2,390жлс. Временной интервал от первой вспышки на поверхности гильзы (/=36) до последней (1=55) составляет Af = 0,224млс. Заметим, что темп воспла­ менения нижней сгораемой гильзы несколько выше, а температура вспышки несколько ниже, чем соответствующие параметры нижнего полузаряда. Это обусловлено иным, чем для нижнего полузаряда, химическим составом пороха.

Таблица 2.3. Время, координата и температура вспышки по длине нижней сгораемой гильзы (Т0= 293К ).

2.4 происходит аналогично зажиганию поверхности верхнего полузаряда. Отличие в основном заключается в номиналах температуры вспышки при примерно равном темпе зажигания. Зажигание первой расчётной точки 1=1 на поверхности верхней сгораемой гильзы происходит в момент времени 1=2,4Юл/лс при

Таблица 2.4. Время, координата и температура вспышки по длине

верхней сгораемой гильзы (Т0 = 293К ).

В таблицах 2.5-2.8 представлены данные по времени и температуре зажигания для каждой из расчётных точек по длине нижнего полузаряда, верхнего полузаряда, нижней сгораемой гильзы и верхней сгораемой гильзы при начальной температуре Т0= 223К . Развитие процесса воспламенения для каждого из компонентов порохового заряда артиллерийского выстрела в целом аналогичено развитию процесса при Т0 = 293К . Отличие заключается в большем времени задержки зажигания поверхности горения и в большем номинале температуры поверхности при вспышке. Процесс зажигания как бы тормозится во времени. Нестационарные эффекты при прогреве поверхности горения усиливаются.

Таблица 2.5. Время, координата и температура вспышки по длине нижнего полузаряда (Г0 = 223К ).

2. На рис.2.7-2.8 представлено изменение температуры в градусах Кельвина по своду порохового элемента (координата по своду - номер расчётной точки) в среднем сечении нижнего и верхнего полузаряда артиллерийского выстрела в различные моменты времени при начальной температуре Т0= 293К . Для других элементов порохового заряда изменения рассматриваемых параметров качественно аналогичны.

В момент времени /=2лхлс пороховой элемент в среднем сечении нижнего полузаряда (рис.2.7) прогрет на поверхности до температуры ~ Тк= 680АГ, но ещё не горит. В последующие моменты времени пороховой элемент в данном сечении находится в режиме горения. Максимальная температура по своду порохово-

2.5. Результаты численного моделирпяпм.а

117

Рис.2.7. Изменение температуры по своду порохового элемента нижнего полузаряда в различные моменты времени ( Т0 = 293К ).

Рис.2.8. Изменение температуры по своду порохового элемента верхнего

полузаряда в различные моменты времени (7^ —293К ).

го элемента - на поверхности горения. По мере роста давления в камере сгорания орудия растёт и температурное распределение по своду пороха. При t-Ьшс наблюдается пик давления в камере сгорания. Ему соответствует температура на поверхности горения

~Тк= 1680А:.

Вмомент времени t-Ъжс пороховой элемент в среднем сечении верхнего полузаряда (рис.2.8) прогрет на поверхности до

на поверхности горения. Изменение температуры по своду порохового элемента в силу особенностей воспламенительного периода (быстрое воспламенение) и меньшего перепада давления в данном сечении камеры сгорания по времени не столь значительно, чем для нижнего полузаряда.

На рис.2.9-2.10 представлено изменение температуры в градусах Кельвина по своду порохового элемента в среднем сечении нижнего полузаряда и верхнего полузаряда артил­ лерийского выстрела в различные моменты времени при

артиллерийского выстрела номиналы температуры меньше. Так для нижнего полузаряда (рис.2.9) при t-2me температура на поверхности горения ~ Тк= 600 К (порох ещё не горит), а при

t=6mc ~ Тк= 1390АТ.

3. На рис.2.11 и рис.2Л2 показано изменение скорости горения (отношение текущей скорости горения к её стационарной величине £ = v*/v°) пороховых элементов заряда артил­ лерийского выстрела по времени (время дано в шс) при начальной температуре Т0 =293К . Изменение зафиксировано в среднем сечении нижнего и верхнего полузарядов (рис.2.11) и в среднем сечении верхней сгораемой гильзы и дополнительного заряда (рис.2.12). Данные графические зависимости хорошо иллюстри­ руют основные особенности изменения скорости горения заряда.

В первые моменты времени после зажигания рас­ сматриваемого сечения нижнего полузаряда (рис.2.11) (метка на графике - крест) скорость его горения существенно нестацио­

риваемого сечения верхнего полузаряда (метка на графике - звезда) скорость его горения ещё более нестационарная. При вспышке максимальное значение отношения vk/v°k~ l. В

дальнейшем по времени нестационарность также вырождается, но полузаряд не горит в стационарном режиме - vk/v° > 1.

Вследствие обдува высокоскоростным спутным потоком продуктов сгорания поверхности горения скорость горения в рассматриваемом сечении верхнего полузаряда больше стационарной - полузаряд горит в турбулентном режиме. По мере уменьшения скорости обдува турбулентность вырождается и скорость горения верхнего полузаряда приближается к стационарной.

Влияние турбулентности на режим горения пороховых элементов заряда хорошо иллюстрируется зависимостью (рис.2.12). Верхняя сгораемая гильза (метка на графике - крест) и дополнительный заряд (метка на графике - звезда) изготовлены из одной марки пороха, но находятся по времени работы двигателя в различных условиях горения. Верхняя сгораемая гильза неподвижна, а дополнительный заряд смещается со снарядом от своего первоначального положения. После зажигания оба пороховых элемента в рассматриваемом сечении горят в нестационарном режиме - v* /v° » 1 . При вспышке максимальное

значение отношения - vk/vk = 6 . Со временем нестационарность вырождается. Поверхность горения верхней сгораемой гильзы интенсивно омывается спутным потоком продуктов сгорания и сгораемая гильза в рассматриваемом сечении горит в турбулентном режиме - vk/ v° > 1. Дополнительный заряд, имея скорость движения, близкую по величине к скорости спутного