ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ УДАРНЫХ ВОЛН И РАЗГОНА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ

Рассматривается задача разрушения и метания металлической оболочки с образованием ударных волн (УВ) в результате быстрого разложения высокоэнергетического соединения. Сформулированы математические модели для описания основных явлений, разработан метод численного решения с учетом особенностей течений на разных стадиях развития процесса. Вычислительные процедуры реализованы в виде программных кодов, предназначенных для проведения расчетов на высокопроизводительных системах. Показано, что результаты расчетов хорошо согласуются с результатами эксперимента.

О ГОРЕНИИ ПОРОШКА МАГНИЯ С ВОДОЙ

Исследовано сгорание порошка магния с жидкой и гелеобразной водой. Найдены пределы и скорость распространения волны горения, а также степень превращения магния в зарядах цилиндрической формы. Предложен новый метод интенсификации сгорания - двухстадийный режим горения и разработан соответствующий ему разделенный заряд, позволяющий увеличить количество воды на 10%-18% в таком заряде по сравнению со сгоранием однородной смеси с высокой степенью превращения магния и без промотора горения. Эффект достигнут за счет специально организованного режима горения разделенного заряда. Данные исследования могут быть полезны при создании перспективных гидрореагирущих и водородогенерирующихсоставов.

ТОПЛИВНАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ ЧАСТИ ЦИЛИНДРОВ

Проведен анализ показателей цикла рабочего процесса при отключении части цилиндров на частичных режимах работы поршневого двигателя. При этом возможны различные варианты, когда подача топлива в эти цилиндры прекращается и одновременно отключаются органы механизма газораспределения и подача искры в двигателях с принудительным воспламенением, а также возможен вариант, когда осуществляется только отключение цилиндров. При отключении части цилиндров происходит уменьшениенасосныхпотерь, а также улучшаются условия воспламенения и сгорания топливовоздушной смеси. Кроме того, происходит увеличение индикаторного коэффициента полезного действия (КПД) из-за уменьшения тепловых потерь от рабочего тела в стенку цилиндра по отношению к полноразмерному двигателю. Проведенный анализ работы двигателей с принудительным воспламенением показал, что улучшение топливной экономичности двигателей на частичных режимах достигается отключением части цилиндров путем прекращения в них топливоподачи только с одновременным воздействием на органы газораспределения. Для двигателей с воспламенением от сжатия отключение одного и двух цилиндров путем прекращения в них топливоподачи сопровождается ухудшением топливной экономичности, особенно в диапазоне частот вращения коленчатого вала, близкому к максимальному крутящему моменту, вследствие уменьшения индикаторного КПД, обусловленного снижением коэффициента избытка воздуха.

TRIGGERING OF DETONATION PROCESSES IN PROPULSION CHAMBER

The Navier-Stokes equations have been used for numerical modeling of chemically reacting gas flow in the propulsion chamber. The chamber represents an axially symmetrical plane disk. Fuel and oxidant were fed into the chamber separately at some angle to the inflow surface and not parallel one to another to ensure better mixing of species. The model is based on conservation laws of mass, momentum, and energy for nonsteady two-dimensional compressible gas flow in the case of axial symmetry. The processes of viscosity, thermal conductivity, turbulence, and diffusion of species have been taken into account. The possibility of detonation mode of combustion of the mixture in the chamber was numerically demonstrated. The detonation triggering depends on the values of angles between fuel and oxidizer jets. This type of the propulsion chamber is effective because of the absence of stagnation zones and good mixing of species before burning.

ПЕРЕХОД ГОРЕНИЯ В ДЕТОНАЦИЮ В ВОЗДУШНЫХ СМЕСЯХ ЭТИЛЕНОВОДОРОДНОГО ГОРЮЧЕГО

Предложенный ранее экспериментальный способ оценки детонационной способности (ДС) топливно-воздушных смесей (ТВС), основанный на измерении расстояния и времени перехода горения в детонацию (ПГД) в эталонной импульсно-детонационной трубе (ЭДТ), использован для исследования ПГД в ТВС на основе этиленоводородного горючего с объемной долей водорода от 0 до 1 в одинаковых термодинамических и газодинамических условиях. На основе известных данных по горению и самовоспламенению такого горючего ожидалось, что с ростом объемной доли водорода расстояние и время ПГД должны монотонно уменьшаться, а соответствующие зависимости должны быть близки к линейным. Вопреки ожиданиям, полученные зависимости оказались нелинейными. Анализ результатов позволяет утверждать, что наблюдаемые зависимости - это проявление физико-химических свойств исследуемых ТВС. Изменение конструкции секции ускорения пламени в детонационной трубе в целом не влияет на характер полученных зависимостей: они остаются нелинейными.

FAST COMBUSTION MODES OF COMPOSITES “MOUND OF POROUS SILICON FRAGMENTS - SODIUM PERCHLORATE MONOHYDRATE” IN THE ATMOSPHERE

One of the criteria for the development of high-energy processes is the large specific surface area of the solid component of composites. Therefore, the maximum preservation of its nanostructured skeleton when separating the porous layer from the monocrystal substrate is relevant. Based on the analysis of the quality of the porous layer under various methods and modes of its formation, two methods were selected that provide simple and effective separation of the porous structure from the monocrystal. For composites based on mounds of porous silicon (pSi) fragments (MPSF), three series of experiments were carried out with fragments of porous layers of different age (formed within the previously established time limits before composites creation) with registration of combustion dynamics, temperatures and combustion spectra, as well as intensity of disturbances in the atmosphere forming during combustion of MPSF-composites. Four combustion modes of MPSF-composites were established: smoldering, frontal, aerosol, and frontal-aerosol. The ignition induction times were determined: from 1 to 50 ^s, pressure pulses in the atmosphere at a distance of 260 mm from the ignition site - up to 1.6 bar (with a mass of composites up to 0.4 g). Combustion velocities ofMPSF-composites and their dependences onthe coefficient of stoichiometry and humidity of sodium perchlorate monohydrate are established.

ГОРЕНИЕ ПРОТЯЖЕННЫХ ПОРОХОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ

Развитие ракетной техники и артиллерии происходит по разным направлениям. В частности, проводится поиск разных форм пороховых элементов (ПЭ), позволяющих при умеренных параметрах снаряжения создавать сравнительно большие давления и уменьшить время набора максимального давления в камере сгорания. В работе использовалась модельная открытая камера сгорания, рассчитанная на максимальное рабочее давление 2500 атм. Камера снабжалась выходным коническим соплом и двумя индукционными датчиками давления. Пороховой заряд состоял из основного и вспомогательного. Основной - регулярно уложенные однотипные протяженные ПЭ в виде пластин, разрезных или щелевых трубок длиной около 150 мм, а вспомогательный заряд имел пиропатрон типа ПП-9 и картуз черного пороха массой 2-3 г. Эффективность ПЭ с точки зрения обеспечения максимального давления и минимального времени набора давления в камере изучалась на основании анализа диаграмм давления p(t), полученных в условиях горения укладки (или заряда) из протяженных ПЭ при вариации начальной температуры или плотности заряжания. Установлено, что для элементов, не склонных к фрагментации в процессе горения (пластины, разрезные трубки), диаграммы p(t) качественно практически одинаковы (или неразличимы). Элементы, с большой вероятностью фрагментирующие при горении, такие как щелевые трубки, обеспечивают высокие максимальные давления и малые времена набора давления в сравнении с зарядами из пластин и разрезных трубок при заметно меньших плотностях заряжания. Установлено, что увеличение плотности заряжания повышает максимальное давление более существенно, чем рост начальной температуры заряда. Предложена полуэмпирическая приближенная функция p(t) для определения параметров снаряжения с целью уменьшения числа трудоемких экспериментов, связанных с камерой сгорания.

ПЕРЕХОД ГОРЕНИЯ В ДЕТОНАЦИЮ В ВОЗДУШНЫХ СМЕСЯХ ПРОПАНОВОДОРОДНОГО ГОРЮЧЕГО

Предложенный ранее экспериментальный способ оценки детонационной способности (ДС) топливно-воздушных смесей (ТВС), основанный на измерении расстояния и времени перехода горения в детонацию (ПГД) в эталонной импульсно-детонационной трубе (ЭДТ), использован для исследования ПГД в стехиометрических ТВС на основе пропановодородного и метановодородного горючих с объемной долей водорода от 0 до 1 в одинаковых термодинамических и газодинамических условиях. На основе известных данных по горению и самовоспламенению таких горючих ожидалось, что с ростом объемной доли водорода расстояние и время ПГД должны монотонно уменьшаться, а соответствующие зависимости должны быть близки к линейным. Вопреки ожиданиям полученные зависимости оказались нелинейными, а в некоторых случаях - немонотонными: на них наблюдаются локальные максимумы. Анализ результатов позволяет утверждать, что наблюдаемые зависимости - это проявление физико-химических свойств исследуемых ТВС. Изменение конструкции секции ускорения пламени в детонационной трубе в целом не влияет на характер полученных зависимостей: они остаются нелинейными, хотя немонотонность может вырождаться. Подобно другим критическим явлениям в химической кинетике немонотонность может проявляться лишь вблизи критических условий, а при удалении от критических условий она сглаживается или подавляется другими доминирующими эффектами.

ЭНТАЛЬПИИ ОБРАЗОВАНИЯ И ЭНЕРГИИ ПЕРЕСТРОЙКИ РАДИКАЛОВ НАФТАЛИНА

На основе метода двойной разности рассчитаны энтальпии образования радикалов нафтил-1 и нафтил-2 (405,0 ± 2,0 кДж/моль). В качестве объектов исследования использованы данные по энтальпиям образования производных нафталина, в качестве реперных величин применили радикал фенил и производные бензола. Полученные данные по энтальпиям образования радикалов нафтил-1 и нафтил-2 были применены для корректировки имеющихся энтальпий образования производных нафталина в газовой фазе. Для 1- и 2-нитронафталина получена одинаковая величина, равная 133 кДж/моль. Литературные данные составляли 111,2 ± 5,3 и 145,0 ± 1,9 кДж/моль для 1-нитронафталина и 129,8 кДж/моль для 2-нитронафталина (расчет). Полученные данные позволили рассчитать энергии диссоциации связей D(C-NO2) в 1- и 2-нитронафталине, которая составила 306 ± 2,0 кДж/моль и близка к энергии этой связи в бензоле(305,4±1,3кДж/моль). Для определения идентичности связей в нафталине и бензоле был выполнен совместный расчет связей С-Н и С-С в нафталине и бензоле из энтальпий атомизации этих соединений. Связи получены идентичными, т. е. связи одинаковы по величине, из чего можно определить, что энергии перестройки радикалов нафтил-1 и нафтил-2равны 0 кДж/моль.

РАСЧЕТ ЦИКЛА ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ С НАДДУВОМ ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ ЧЕРЕДОВАНИИ ВПУСКОВ

На основе анализа структуры квазистационарной математической модели рабочего цикла поршневого двигателя рассмотрены алгоритм и методика расчета рабочих процессов в дизелях с газотурбинным наддувом (ГТН) при неравномерном чередовании впусков в цилиндры свежего заряда. Показано, что на эффективность совместной работы двигателя и турбокомпрессора (ТК) большое влияние оказывает характер колебаний в течение рабочего цикла расхода воздуха и давления наддува, которые определяют коэффициент полезного действия (КПД) двигателя с наддувом. Для согласования их работы предлагается расчет методом приближения по определенному алгоритму. После выбора ТК и охладителя наддувочного воздуха (ОНВ) параметры наддува корректируются с учетом технических данных выбранных ТК и оформляются окончательные исходные данные для расчета системы наддува двигателя. При дальнейшем расчете проводится корректировка коэффициентов расхода во впускных и выпускных трубопроводах, что обеспечивает с принятой относительной погрешностью совпадения заданных и рассчитанных средних значений массы рабочего тела, входящего и выходящего из цилиндра. При этом корректируется угол опережения впрыскивания топлива, продолжительность задержки воспламенения топливно-воздушной смеси и другие параметры. По предложенной зависимости проводится расчет характеристики тепловыделения и скорости выделения теплоты в двигателе с воспламенением от сжатия. Последняя не является монотонной, так как это обусловливает наличие двух максимумов скорости: при взрывном и диффузионном сгорании топлива.