Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số buồng đốt đến các tham số làm việc đặc trưng của động cơ tên lửa nhiên liệu rắn tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ HOÀNG THẾ DŨNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ BUỒNG ĐỐT ĐẾN CÁC THAM SỐ LÀM VIỆC ĐẶC TRƢNG CỦA ĐỘNG CƠ TÊN LỬA NHIÊN LIỆU RẮN Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 52 01 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2018 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ QUÂN SỰ-BỘ QUỐC PHÒNG Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Song Tùng PGS., TS Trịnh Hồng Anh Phản biện 1: PGS., TS Nguyễn Ngọc Du Viện Khoa học Công nghệ quân Phản biện 2: PGS., TS Phạm Thế Phiệt Học viện Kỹ thuật quân Phản biện 3: PGS., TS Lê Anh Tuấn Đại học Bách khoa Hà Nội Luận án bảo vệ hội đồng chấm luận án tiến sĩ họp Viện Khoa học Công nghệ quân vào hồi tháng phút, ngày năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện Khoa học Công nghệ quân - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Phân tích ảnh hưởng tính chất hai pha sản phẩm cháy (SPC) yếu tố cháy xói mịn để xây dựng phương pháp xác định xác thông số làm việc đặc trưng động tên lửa nhiên liệu rắn hỗn hợp (ĐTRHH) cần thiết Mục đích luận án: Chính xác hóa phương pháp xác định tham số làm việc đặc trưng động tên lửa sử dụng nhiên liệu rắn hỗn hợp Đề xuất chọn lựa hợp lý giá trị số tham số kết cấu đảm bảo tính bền cho vỏ buồng đốt, liều nhiên liệu… thiết kế thử nghiệm ĐTR Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu thiết lập chương trình, giải tốn xác định thơng số làm việc đặc trưng ĐTRHH; khảo sát ảnh hưởng SPC hai pha, đường kính buồng đốt số tham số khác đến thông số làm việc đặc trưng ĐTRHH; nghiên cứu thực nghiệm, đánh giá tính xác mơ hình tốn Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu chuyển động dòng SPC bên buồng đốt loa ĐTRHH có tính đến ảnh hưởng số tham số Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp phương pháp nghiên cứu tính tốn lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm Ý nghĩa khoa học luận án: Xây dựng phương pháp xác định thông số làm việc ĐTRHH có tính đến ảnh hưởng dịng chảy SPC hai pha hiệu ứng cháy xói mịn Ý nghĩa thực tiễn luận án: Kết nghiên cứu ứng dụng tính tốn, lựa chọn phương án thiết kế, phương án công nghệ vật liệu, chế tạo, thử nghiệm ĐTRHH nghiên cứu giảng dạy Luận án gồm phần mở đầu, kết luận, chương trình bày 121 trang phần phụ lục Chương TỔNG QUAN VỀ CÁC THAM SỐ LÀM VIỆC CỦA ĐTR 1.1 Khái quát kết cấu động tên lửa nhiên liệu rắn 1.1.1 Đặc điểm cấu tạo động tên lửa nhiên liệu rắn Sơ đồ nguyên lý cấu tạo chung ĐTR hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo ĐTR 1.Mồi; 2.Đĩa chắn thuốc; 3.Vỏ buồng đốt; 4.Liều nhiên liệu; 5.Nắp bịt; 6.Loa Sơ đồ kết cấu ĐTR chia thành hai nhóm [25]: Nhóm ĐTR có liều nhiên liệu chế tạo rời, lắp đặt tự vào buồng đốt Nhóm thứ hai có liều nhiên liệu chế tạo trực tiếp buồng đốt phương pháp rót, đúc… cố định với thành buồng đốt 1.1.2 Đặc điểm hoạt động động tên lửa nhiên liệu rắn Nguyên lý hoạt động: Thuốc mồi kích hoạt mồi cháy liều nhiên liệu Nắp bịt loa bị phá hủy, mở luồng giải phóng SPC ngồi khơng gian Hiện tượng cháy xói mịn: Tốc độ cháy thuốc phóng tăng lên dọc theo bề mặt cháy liều nhiên liệu có SPC chuyển động bên rãnh liều nhiên liệu [16], [23], [24] Tính chất hai pha SPC nhiên liệu hỗn hợp: Nhiên liệu rắn hỗn hợp cháy sinh SPC dạng hai pha - pha khí pha ngưng tụ (dạng rắn, lỏng) Trong loa phụt, pha ngưng tụ có vận tốc thấp có nhiệt độ cao vận tốc nhiệt độ pha khí, gây tượng trao đổi động lượng lượng pha Trong buồng đốt, pha có vận tốc nhỏ nhiệt độ cao nên mức độ trao đổi động lượng lượng buồng đốt thấp so sánh với trình loa 1.2 Phương pháp lý thuyết xác định thông số làm việc ĐTR 1.2.1 Trường hợp xem dòng sản phẩm cháy khơng dừng, hay nhiều chiều Dịng chảy hai pha buồng đốt dòng chảy chiều, khơng dừng có bổ sung thành phần pha rắn Các phần tử ngưng tụ dòng chảy hai pha loa tăng tốc lực nhớt khí trao đổi nhiệt với khí Mơ hình dịng chảy đối xứng trục trường hợp riêng dòng khơng gian ba chiều, sử dụng hệ phương trình học mơi trường liên tục 1.2.2 Phương pháp trung bình theo thể tích Các thơng số làm việc buồng đốt lấy trung bình theo thể tích buồng đốt, xem vận tốc dịng SPC buồng đốt có giá trị SPC hỗn hợp khí thỏa mãn phương trình trạng thái 1.3 Phương pháp thực nghiệm xác định thông số làm việc ĐTR Sau tính tốn, thiết kế chế tạo ĐTR, thơng số làm việc động xác định thông qua thử nghiệm đo động giá 1.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc Ngồi nước: Mơ hình dịng chảy xây dựng sở hệ phương trình tổng qt Navier-Stokes mơi chất nén nhất, giải phương pháp chia lưới động phức tạp Trong nước: Các cơng trình nghiên cứu nước chưa thể cách giải vấn đề mà nghiên cứu sinh quan tâm nghiên cứu Những tồn hướng nghiên cứu luận án: Cần thiết xây dựng mơ hình tốn xác định thơng số làm việc ĐTRHH có tính khả thi ứng dụng phù hợp với tình hình nghiên cứu phát triển kỹ thuật ĐTR nước ta KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 Các tham số buồng đốt ảnh hưởng đến tham số làm việc đặc trưng ĐTRHH (áp suất, thời gian…) bao gồm: diện tích tiết diện ngang chiều dài rãnh buồng đốt nơi có SPC chảy qua; diện tích bề mặt cháy liều nhiên liệu; đặc trưng lượng tính chất cháy nhiên liệu; tính chất SPC (1 pha, pha); tính chất trao đổi nhiệt động lượng pha SPC; tính chất trao đổi nhiệt SPC với chi tiết buồng đốt… Phương pháp xác định thông số làm việc ĐTR sở sử dụng hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng có thuật giải phức tạp Phương pháp sử dụng hệ phương trình thuật phóng cho kết có độ xác cao thể ảnh hưởng chất dòng chảy SPC vào hệ phương trình Các nghiên cứu mơ hình tốn học xác định thơng số làm việc đặc trưng ĐTRHH ngồi nước cịn chưa đầy đủ Do vậy, cần phải xây dựng mơ hình tốn nhiệt-hạt-khí động lực học phục vụ thiết kế, chế tạo ĐTRHH có tính cấp thiết Chƣơng MƠ HÌNH TỐN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC ĐẶC TRƢNG CỦA ĐTRHH 2.1 Các giả thiết Dòng SPC buồng đốt hỗn hợp đồng thỏa mãn phương trình trạng thái khí lý tưởng Dịng chảy rãnh liều nhiên liệu chiều, không dừng Các thơng số đặc trưng dịng SPC lấy trung bình theo tiết diện ngang rãnh liều nhiên liệu SPC loa hỗn hợp khí hạt có kích thước có vận tốc nhiệt độ khác 2.2 Hệ phƣơng trình tổng quát xác định thông số làm việc đặc trƣng ĐTRHH  Wp dT A F p RT  mR  Tv  T   k th   T dt 1      S F2  p m    2 kA 2k th TP   k  1 p   Vo  ; m TP   TP    R  2  dp p km 2 Fth TP p  W dt  mRTv   kA k m      k  1 1  SVo R   p; TP TP   dW m  ;  TP  dt (2.29) biểu thức quan hệ khác: m      w 0,2 u       0, 0592 Re    1  T  Tbd  20  u1 p   TP f  Tbd  u1 p           2  1    c K  k  K    ;      w kh         c p k 1      0  K  1;  k    K  1; w kh T  k 1   w  SuTP ; m  Su  TP  F (2.30) Điều kiện ban đầu: t = 0, p = pm; T = Tm; W = W0; m  m0 Trong đó: m - tốc độ sinh khí SPC, [kg/s]; W - thể tích tự buồng đốt, [m3]; Ak - số lưu lượng; Fth - diện tích tiết diện tới hạn loa phụt, [m2];   mT mLP - tỷ lệ khối lượng pha ngưng tụ SPC; Tv - nhiệt độ cháy đẳng tích, [K]; cp, cT - nhiệt dung riêng đẳng áp pha khí nhiệt dung riêng pha ngưng tụ, [J/(kg.K)]; SVo - diện tích bề mặt thành buồng đốt, [m2]; TT, wT - nhiệt độ vận tốc hạt pha ngưng tụ loa phụt, [K], [m/s]; K w  wT w - hệ số không cân động lực học; KT  TT T0 - hệ số không cân nhiệt độ, với T0 - nhiệt độ hãm khí buồng đốt; pm - áp suất mồi cháy thuốc phóng, [Pa]; Tm - nhiệt độ cháy thuốc mồi, [K] 2.3 Giải mơ hình tốn 2.3.1 Xây dựng điều kiện đầu vào Hình 2.1 Mơ hình buồng đốt ĐTRHH bọc chống cháy đáy 2.3.2 Ảnh hƣởng tính chất hai pha SPC nhiên liệu hỗn hợp Lực thuốc phóng có tính đến ảnh hưởng tính chất hai pha SPC tính theo cơng thức: f  RTBD  RTv k 1     (2.36) Phương trình tính xung lượng riêng cho ĐTRHH: J1  K a J 00 'T Fa pmt  T m (2.43) Đường kính tiết diện tới hạn loa ĐTRHH: Dth  S0TP u  p BD  A k T pBD RTv k (2.47) Xác định Kw(p), KT(p) χT(p) theo hệ phương trình:    c  k  2   2  K w  kh    K  1        c p k 1      RTv  ASTRA   RT 2 k 1      ' J ASTRA  K J T  Fa pmt a 00  T m  Với thuốc phóng balistic:   0;   (2.48) 2.3.3 Ảnh hƣởng số chi tiết kết cấu đến áp suất làm việc động Hệ số tổn thất áp suất qua đĩa chắn thuốc có dạng [29]: CT 0,375    FCT  FCT   p    0, 707        Fk  Fk    w 02      (2.49) Tổn thất áp suất theo chiều dài ống trụ [29]:  td   c l td w d BD (2.54) 2.3.4 Sự thay đổi thơng số dịng sản phẩm cháy kích thƣớc liều nhiên liệu Phương trình xác định vận tốc dòng rãnh liều nhiên liệu: w ng (t, x)  Sng (t, x) u ng (t, x)TP Fng (t, x)  , S (t, x) u tr (t, x)TP w tr (t, x)  tr , Ftr (t, x)  (2.55) Áp suất tiết diện p(x) phụ thuộc vào áp suất vị trí cửa vào loa p sau: p  x   p   i  wi21  wi2   CT   td n (2.67) ix 2.3.5 Tốc độ sinh khí sản phẩm cháy liều nhiên liệu LTP  t   LTP  t  m     Dng  t, x   ng  t, x   png  t, x  dx    D tr  t, x    0  tr  t, x   p  tr (2.68)  t, x  dx   1  T  Tbd  20  u1TP Tóm lại, để tính tốn ĐTRHH sử dụng liều nhiên liệu hình trụ bọc chống cháy đáy, biểu thức (2.30) viết lại đầy đủ sau:      2  1    c K  k  K    ;       w kh        c p k 1      k 1  kh  K T  1; 0  K w  1;  k 1   ASTRA RTv  ;  RT 2 k 1      Fp  k K w  kh   ASTRA K a k  2RTv  J   a mt ; 1    k k     k  K a  T m   Sng (t, x) u ng (t, x)TP S (t, x) u tr (t, x)TP ; w tr (t , x)  tr ;  w ng (t, x)  Fng (t, x)  Ftr (t, x)    x x S (t, x)   D (t, x)dx; S (t, x)   D (t, x)dx; ng ng tr tr    0   u ng (t, x)   ng  t, x   1  T  Tbd  20  u1 p ng  t, x  ;        u (t, x)   t, x    T  20      tr tr T bd   u1 p tr  t, x  ;  m     (t, x)w (t, x)   ng ng 0,2 ;  ng  t, x         0, 0592 Re    TP f  Tbd  u1 p ng  t , x          m    (t, x)w (t, x)    0,2 tr tr   tr  t, x       0, 0592 Re   ;   TP f  Tbd  u1 p tr  t, x          t t   D ng  t, x   D ng   u ng  t, x  dt; D tr  t, x   D tr   u tr  t, x  dt;  0  n 2 ng ng ng    p  t, x   p(t)   w  wi   CT   td ;  i  ng  i 1  ix  n  p  t, x   p(t)   tr  w tr  w tr      ;  i i CT td  i 1   tr ix  LTP  t   LTP  t     m     D ng  t, x    ng  t, x   p ng  t, x  dx    D tr  t, x        tr  t, x   p tr  t, x  dx   1  T  Tbd  20  u1TP          (2.69) 11 hai pha loa phụt, làm thay đổi đặc trưng làm việc nhiên liệu động so với trường hợp xem SPC khí Mơ hình lý thuyết luận án đắn phù hợp áp dụng tính tốn ĐTR sử dụng nhiên liệu rắn hỗn hợp thuốc phóng balistic Chƣơng KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ BUỒNG ĐỐT ĐẾN CÁC THAM SỐ LÀM VIỆC ĐẶC TRƢNG CỦA ĐỘNG CƠ 3.1 Đặt vấn đề 3.2 Xây dựng điều kiện đầu vào 3.3 Ảnh hƣởng tính chất hai pha SPC nhiên liệu hỗn hợp Lựa chọn áp suất làm việc động nhiệt độ thường 8,2 MPa Hình 3.2 Phụ thuộc hệ số χT Hình 3.3 Phụ thuộc lực thuốc vào Kw KT phóng RT vào Kw KT Hình 3.4 Sự phụ thuộc xung Hình 3.5 Mối liên hệ hệ lượng riêng vào Kw, KT số Kw KT 12 Hình 3.6 Phụ thuộc hệ số Hình 3.7 Phụ thuộc hệ số χT không cân vào áp suất vào áp suất Hình 3.8 Phụ thuộc Dth vào Hình 3.9 Phụ thuộc đường Kw KT kính tới hạn Dth vào áp suất 3.4 Ảnh hƣởng đƣờng kính buồng đốt Hình 3.10 Sự biến đổi hình dạng liều nhiên liệu với Dth=0,02m; DBD=0,045m a Với đường kính buồng đốt DBD = 0,036 m 13 b) Với đường kính buồng đốt DBD = 0,038 m c) Với đường kính buồng đốt DBD = 0,040 m d) Với đường kính buồng đốt DBD = 0,045 m Hình 3.11 Sự biến đổi vận tốc dòng SPC rãnh liều nhiên liệu a Với đường kính buồng đốt DBD = 0,036 m 14 b) Với đường kính buồng đốt DBD = 0,038 m c) Với đường kính buồng đốt DBD = 0,040 m d) Với đường kính buồng đốt DBD = 0,045 m Hình 3.12 Sự biến thiên áp suất dịng SPC rãnh liều nhiên liệu Hình 3.13 Sự biến thiên nhiệt độ buồng đốt với DBD = 0,045 m Hình 3.14 Sự biến thiên tốc độ sinh khí SPC với DBD = 0,045 m 15 a) Với DBD = 0,036 m b) Với DBD = 0,038 m c) Với DBD = 0,040 m d) Với DBD = 0,045 m Hình 3.15 Sự biến thiên áp suất cửa vào loa vị trí đầu động Bảng 3.5 Các thơng số làm việc động SPC hai pha, có xói mịn SPC khí, khơng xói mịn (tại vị Vị trí đầu động Vị trí cửa trí cửa vào loa phụt) Rãnh Rãnh ngồi vào loa Áp suất lớn nhất, ×106 Pa: - DBD = 0,036m 9,5476 13,3595 15,0877 7,1801 - DBD = 0,038m 9,5532 9,3225 7,2807 7,1938 - DBD = 0,040m 9,5743 8,9034 7,2641 7,1947 - DBD = 0,045m 9,5817 8,9001 7,2418 7,2054 Áp suất trung bình, ×106 Pa: - DBD = 0,036m 8,7336 7,5166 7,0311 5,9882 - DBD = 0,038m 8,7360 7,4772 6,7856 6,3071 - DBD = 0,040m 8,7105 7,4814 6,7028 6,4186 - DBD = 0,045m 8,6645 7,4156 6,4719 6,3672 Thời gian làm việc, s: - DBD = 0,036m 0,1490 0,1550 - DBD = 0,038m 0,1490 0,1560 - DBD = 0,040m 0,1495 0,1560 - DBD = 0,045m 0,1505 0,1580 Thông số 16 3.5 Ảnh hƣởng đĩa chắn thuốc ống lót Hình 3.16 Tỷ lệ diện tích khí Hình 3.17 Sự thay đổi vận tốc dịng rãnh liều nhiên liệu ĐCT SPC hai pha qua đĩa chắn thuốc Hình 3.18 Sự thay đổi áp suất dịng Hình 3.19 Tỷ lệ % giảm áp suất SPC hai pha qua đĩa chắn thuốc dòng SPC hai pha qua đĩa chắn thuốc Hình 3.20 Sự tăng áp suất dịng SPC hai pha qua ống lót theo thời gian 17 KẾT LUẬN CHƢƠNG Sản phẩm cháy nhiên liệu rắn hỗn hợp có tính chất nhiều pha chuyển động buồng đốt loa ĐTR Khi biết thành phần hóa học tỷ lệ kim loại nhiên liệu hỗn hợp, hoàn toàn xác định tỷ lệ vận tốc nhiệt độ pha rắn pha khí SPC loa ĐTRHH áp suất làm việc cho trước Trong trường hợp sử dụng thỏi thuốc hỗn hợp SD-17/18M (có 16,8 % kim loại nhơm) động mẫu áp suất 8,2.106 Pa, vận tốc dòng pha ngưng tụ 70,43 % vận tốc dịng khí nhiệt độ hạt ngưng tụ xấp xỉ 72,18 % nhiệt độ hãm khí buồng đốt Lực thuốc phóng RT, xung lượng riêng J1, đường kính tiết diện tới hạn loa Dth, áp suất làm việc trung bình pTB mơ hình tốn có tính đến ảnh hưởng tính chất hai pha SPC (hệ (2.29)-(2.69)) có giá trị thấp trường hợp mơ hình tốn khơng tính đến ảnh hưởng Cụ thể, mơ hình động mẫu thử nghiệm (hình 2.1), áp suất 8,2.106 Pa, lực thuốc phóng RT thấp 2  1, 661 lần, xung lượng riêng J1 thấp 1,058 lần, đường kính tới hạn loa Dth thấp T  1,135 lần áp suất trung bình giảm 26,514 % (với DBD = 0,045 m) giá trị tham số trường hợp khơng tính đến ảnh hưởng tính chất hai pha SPC Sự khác biệt lớn kết tính tốn hai mơ hình tốn cho thấy rằng, sử dụng mơ hình tốn khơng tính đến ảnh hưởng tính chất hai pha SPC đưa khuyến nghị thiết kế không với kết thực nghiệm ĐTRHH Đối với ĐTRHH sử dụng liều nhiên liệu loa có kích thước cho trước đường kính buồng đốt ảnh hưởng mạnh tới chuyển động dòng SPC, gây tượng cháy xói mịn chênh lệch áp suất vị trí đầu cuối liều nhiên liệu Trong trường hợp động khảo sát, đường kính buồng đốt phù hợp 0,045 m Khi đó, chênh lệch vận tốc áp suất vị trí đầu cuối liều 18 nhiên liệu nhỏ làm giảm hiệu ứng cháy xói mịn, tăng độ ổn định làm việc cho động Ngoài ra, việc lựa chọn tham số buồng đốt cần đảm bảo hạn chế tối đa tăng áp suất đột ngột buồng đốt, giảm chênh lệch áp suất rãnh rãnh để đảm bảo độ bền cho liều nhiên liệu trình ĐTR làm việc Vận tốc dòng SPC tăng lên qua đĩa chắn thuốc giảm chuyển động qua ống lót Ngược lại, áp suất dịng SPC hai pha giảm chuyển động qua đĩa chắn thuốc tăng lên qua ống lót Sự thay đổi tổng hợp áp suất dòng qua đĩa chắn thuốc ống lót chiếm khoảng 1,6 % so với áp suất làm việc buồng đốt ĐTR Kết khảo sát luận án ứng dụng q trình xây dựng đơn thuốc cho thuốc phóng hỗn hợp, trình thiết kế, chế tạo thử nghiệm ĐTRHH Chƣơng NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ LÀM VIỆC ĐẶC TRƢNG CỦA ĐTRHH 4.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm Để kiểm chứng đắn kết nghiên cứu lý thuyết 4.2 Phân tích xác định thành phần hóa học đặc trƣng lƣợng thuốc phóng Nhiệt lượng thuốc phóng SD-17/18M: Qv=6506,43 J/g; Thể tích sinh khí: W1 = 664,2 ml/g; Hàm tốc độ cháy: u = 1,044201.10-3p0,227264 4.3 Thiết kế chế tạo động mẫu Đo áp suất vị trí cửa vào loa Đo áp suất vị trí đầu cuối động Hình 4.3 Sản phẩm động mẫu 19 4.4 Thử nghiệm đo thông số làm việc đặc trƣng động 4.4.1 Đối tƣợng đo Hình 4.5 Thực nghiệm đo áp suất động mẫu giá đo đứng Động cơ; Giá đo; Đầu đo áp suất 4.4.2 Kỹ thuật thực nghiệm Các động thử nghiệm điều kiện nhiệt độ môi trường Phương tiện đo bao gồm cảm biến đo áp suất DA-10-08 hệ thống đo đa DEWE-4000 Viện Tên lửa 4.4.3 Kết đo Đã tiến hành đợt thử nghiệm đo áp suất ng c Kt qu c th: phòng tn đl đhb 069516098 phòng tn đl đhb 069516098 hệ thống đo ĐộNG LựC TÊN LửA đề tài : nghiên cứu khảo sát tiêu l-ợng thuôc phóng hỗn hợp S-350 thăm dò khả công nghệ nhằm chế tạo động phóng 78dt tên lửa kh-35e hệ thống đo ĐộNG LựC TÊN LửA đề tài : nghiên cứu khảo sát tiêu l-ợng thuôc phóng hỗn hợp S-350 thăm dò khả công nghệ nhằm chế tạo động phóng 78dt tên lửa kh-35e Đồ TH ịá p suấ t Đồ TH Þ¸ p suÊ t Ph¸t sè: 04 ba r ba r 120 80 Ph¸t sè: 70 100 60 80 50 60 40 30 40 20 20 10 0 41 41 41 42 42 42 42 42 43 43 43 s A p sua t C h ann e lA : p su a t Y1 : t1 : d t: dY : M n i : n I t: 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 8 12 s A p sua t C h ann e lA : p su a t 52 97 b a r -15 33 s 01 48 s -9 89 42 08 12 76 Y2 : 42 08 b a r t2 : -15 85 s f: 67 48 H z dY d / t : -67 00 M ax : 89 08 RM S : 83 65 điều kiện môi tr-ờng: Nhiệt độ: 20.0 oC Độ ẩm: 73.0 % Ngày 12 tháng 11 năm 2014 Y1 : t1 : d t: dY : M n i : n I t: 53 54 b a r -7 67 s 01 59 s 26 39 53 54 10 90 Ngày 21 tháng 01 năm 2015 Y2 : 55 93 b a r t2 : -7 08 s f: 63 05 H z dY d / t : 16 39 M ax : 69 05 RM S : 63 89 điều kiện môi tr-ờng: Nhiệt độ: 13.0 oC §é Èm: 89.0 % Hình 4.13 Biểu đồ đo p(t) với Dth = Hình 4.14 Biểu đồ đo p(t) với Dth = 0,018 m, DBD = 0,045 m 0,020 m, DBD = 0,045 m phòng tn đl đhb 069516098 hệ thống đo ĐộNG LựC TÊN LửA đề tài : nghiên cứu khảo sát tiêu l-ợng thuôc phóng hỗn hợp S-350 thăm dò khả công nghệ nhằm chế tạo động phóng 78dt tên lửa kh-35e Đồ TH ịá p suấ t Ph¸t sè: ba r 60 50 40 30 20 10 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 4 13 s A p sua t C h ann e lA : p su a t Y : 38 44 b a r t1 : -6 25 s d t: 76 s dY : -2 49 M n i : 36 96 n I t: 57 Ngµy 21 tháng 01 năm 2015 Y2 : 36 96 b a r t2 : -6 50 s f: 56 95 H z dY d / t : -11 67 M ax : 50 01 RM S : 46 04 ®iỊu kiện môi tr-ờng: Nhiệt độ: 13.0 oC Độ ẩm: 89.0 % Hình 4.15 Biểu đồ đo p(t) với Dth = Hình 4.16 Biểu đồ đo p(t) với Dth = 0,022 m, DBD = 0,045 m 0,020 m, DBD = 0,036 m 20 Hình 4.17 Biểu đồ đo p(t) với Dth = Hình 4.18 Biểu đồ đo p(t) với Dth = 0,020 m, DBD = 0,038 m 0,020 m, DBD = 0,040 m 4.5 Xử lý nhận xét kết thử nghiệm 4.5.1 Phƣơng pháp xử lý số liệu kết đo chƣơng trình tính tốn máy tính điện tử Hình 4.19 Phương pháp xử lý đồ thị đường cong áp suất tD tC tA tB  p(t)dt   (p(t)  p (t))dt k pTB  tD  tA (4.1) , 4.5.2 Kết xử lý Bảng 4.6 Kết đo động điều kiện thường sau xử lý đồ thị TT Dth, [m] DBD, [m] Ltd, [m] 0,018 0,045 0,028 0,020 pmax, × 106, [Pa] pTB, × 106, [Pa] Đầu ĐC Cuối ĐC Đầu ĐC Cuối ĐC 10,1280 8,0903 8,7092 7,9141 Không 8,9510 Không 8,3751 đo đo 9,2740 8,2100 0,078 10,0474 8,1845 0,028 6,7340 6,3002 Thời gian, [s] 0,1449 0,1526 0,1468 0,1419 0,1475 0.1616 21 0,022 10 11 12 0,020 13 14 0,036 0,038 0,040 7,2501 6,5130 0,1568 6,9613 6,3317 0,1617 5,8346 4,7788 0,1652 5,0900 4,6319 0,1775 6,4780 4,9558 0,1581 13,701 6,6570 6,8027 5,9367 0,1502 7,4641 6,9324 6,8380 6,0156 0,1571 7,4703 6,9657 6,8823 6,1125 0,1523 4.5.3 Đánh giá sai số phép đo Bảng 4.7 Áp suất làm việc buồng đốt động với D BD = 0,045 m đường kính tới hạn loa thay đổi Dth, m 18.10-3 20.10-3 22.10-3 Thực nghiệm 8,155 ± 0,27 6,382 ± 0,18 4,789 ± 0,26 pTB, Lý thuyết 8,1912 6,3672 5,0875 × 10 [Pa] Sai số, % 0,442 0,232 5,867 Thực nghiệm 0,1467 0,1600 0,1669 tTB, [s] Lý thuyết 0,1515 0,1580 0,1630 Sai số, % 3,168 1,266 2,393 Bảng 4.8 Áp suất làm việc buồng đốt động với D th = 0,02 m đường kính buồng đốt thay đổi DBD, m 36.10-3 38.10-3 Thực nghiệm 13,701 7,4641 pmax0, × 106 [Pa] Lý thuyết 15,0877 7,2807 Sai số, % 9,191 2,519 Thực nghiệm 6,6570 6,9324 pmax1, × 106 [Pa] Lý thuyết 7,1801 7,1938 Sai số, % 7,285 3,634 Thực nghiệm 6,8027 6,8380 pTB0, × 106 [Pa] Lý thuyết 7,0311 6,7856 Sai số, % 3,248 0,772 Thực nghiệm 5,9367 6,0156 pTB1, × 106 [Pa] Lý thuyết 5,9882 6,3071 Sai số, % 0,860 4,622 Thực nghiệm 0,1502 0,1571 tTB, [s] Lý thuyết 0,1550 0,1560 Sai số, % 3,097 0,705 40.10-3 7,4703 7,2641 2,839 6,9657 7,1947 3,183 6,8823 6,7028 2,678 6,1125 6,4186 4,769 0,1523 0,1560 2,372 22 KẾT LUẬN CHƢƠNG Luận án sử dụng phương pháp đo phương tiện đo đại, tin cậy, phương pháp xử lý kết đo phù hợp Các kết thực nghiệm sai khác khơng nhiều so với kết tính tốn lý thuyết mặt định tính định lượng Biên dạng đồ thị áp suất theo tính tốn thử nghiệm có tương đồng Sai số lớn giá trị tính tốn giá trị đo 9,191 % (áp suất lớn đo vị trí đầu động cơ), 5,867 % (áp suất trung bình đo vị trí cửa vào loa phụt) 3,168 % (thời gian làm việc) chấp nhận Mơ hình tính tốn tác giả xây dựng phù hợp với đối tượng động sử dụng nhiên liệu hỗn hợp có tính đến ảnh hưởng tượng cháy xói mịn tính chất hai pha sản phẩm cháy nhiên liệu hỗn hợp Trong động cơ, lần đo, có tượng cháy xói mịn nên áp suất đo vị trí đầu động cao áp suất đo vị trí cửa vào loa phụt, đặc biệt giai đoạn làm việc ban đầu động Độ chênh áp suất tăng dần giảm giá trị đường kính buồng đốt DBD Điều có ý nghĩa quan trọng thiết kế động để đảm bảo tính an tồn thử nghiệm Như mơ hình lý thuyết xây dựng bổ sung vào hệ phương trình vi phân thuật phóng ảnh hưởng dịng hai pha có xét đến tượng cháy xói mịn hồn tồn hợp lý đắn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Các kết đạt đƣợc: Đã khảo sát số mơ hình lý thuyết dịng chảy, mơ hình tốn xác định thông số làm việc đặc trưng ĐTR, đánh giá ưu điểm nhược điểm phương pháp lẫn tính khả thi mơ hình 23 áp dụng cho ĐTRHH Đã đề xuất xây dựng mơ hình lý thuyết phản ánh đầy đủ chất nhiệt-khí-hạt-động lực học q trình diễn bên buồng đốt ĐTRHH có tính đến ảnh hưởng tính chất nhiều pha thành phần SPC yếu tố cháy xói mịn liều nhiên liệu Mơ hình lý thuyết giải phương pháp số cơng cụ máy tính thơng thường Mơ hình áp dụng cho đối tượng buồng đốt, loại liều nhiên liệu, khơng địi hỏi mức độ chia lưới động phức tạp có lời giải khó khăn Đã tiến hành kiểm tra tính đắn mơ hình lý thuyết áp dụng tính tốn cho số động tên lửa điển hình bao gồm ĐTRHH (động hành trình Igla) ĐTR balistic (động tầng FMV-B1) Sai khác tính tốn thực nghiệm khơng q 5% Đã tính toán, thiết kế khảo sát ảnh hưởng số tham số đến thông số làm việc đặc trưng động mẫu sử dụng nhiên liệu hỗn hợp SD-17/18M (sử dụng động phóng 78DT tên lửa Kh35-E) Các phân tích, đánh giá tác giả kết khảo sát có sở khoa học tin cậy Đã tiến hành chế tạo thử nghiệm nhiều đợt đo thông số áp suất động mẫu Kết thử nghiệm hoàn toàn khách quan, tin cậy Sai khác kết tính toán lý thuyết thực nghiệm tất trường hợp khơng q 9,191 % hồn tồn chấp nhận Những đóng góp luận án: Đã xây dựng mơ hình tốn xác định thông số làm việc đặc trưng buồng đốt động sử dụng nhiên liệu rắn hỗn hợp có tính đến ảnh hưởng kết cấu buồng đốt, tính chất dòng sản phẩm cháy hai pha hiệu ứng cháy xói mịn q trình làm việc động 24 Đã khảo sát ảnh hưởng số tham số thuật phóng, tham số kết cấu đến thông số làm việc đặc trưng buồng đốt động sử dụng loại nhiên liệu khác Đã thiết kế, chế tạo động mẫu tiến hành thực nghiệm đo đạc, đưa số liệu đo thực tế áp suất, thời gian làm việc động sử dụng nhiên liệu rắn hỗn hợp SD-17/18M vị trí đầu cuối buồng đốt, cho động có đường kính tới hạn loa đường kính buồng đốt khác nhau, từ kiểm chứng tính đắn mơ hình lý thuyết Kiến nghị hƣớng nghiên cứu Cần nghiên cứu bổ sung ảnh hưởng yếu tố phản ứng hóa học thành phần sản phẩm cháy, pha khí pha rắn; nghiên cứu thay đổi kích thước hạt ngưng tụ q trình chuyển động buồng đốt loa phụt; nghiên cứu chất q trình phân rã thuốc phóng liều nhiên liệu cháy, để đánh giá tổng quát q trình nhiệt hóa lý buồng đốt động cơ, đề xuất chế độ làm việc tối ưu cho loại động đặc biệt ĐTRHH 25 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC Đà CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Hồng Thế Dũng, Lê Song Tùng, Phạm Thanh Hải, Doãn Quý Hiếu (2013), “Một phương pháp tính tốn hệ số trao đổi nhiệt buồng đốt động tên lửa nhiên liệu rắn” Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Cơng Nghệ qn sự, (25), tr 138-144 Bùi Đình Tân, Lê Song Tùng, Hồng Thế Dũng (2014), “Nghiên cứu xây dựng mơ hình toán thuật giải xác định tham số động lực học động kéo vũ khí FMV-B” Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Công Nghệ quân sự, Số Đặc san CNTT’14, tr 85-91 Doãn Quý Hiếu, Lê Song Tùng, Hồng Thế Dũng, Bùi Đình Tân, Trần Mạnh Tn (2014), “Nghiên cứu khảo sát thơng số dịng khí loa động tên lửa nhiên liệu rắn phần mềm ANSYS CFX” Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Công Nghệ quân sự, Số Đặc san CNTT’14, tr 148-154 Hoàng Thế Dũng, Lê Song Tùng, Trịnh Hồng Anh, Dỗn Q Hiếu, Bùi Đình Tân, Phạm Thanh Hải (2014), “Khảo sát ảnh hưởng chuyển động dịng chảy khí thuốc buồng đốt đến thơng số làm việc đặc trưng động tên lửa nhiên liệu rắn” Tuyển tập cơng trình Hội nghị Khoa học Cơ học Thủy khí tồn quốc năm 2014, Phan Rang - Tháp Chàm, Ninh Thuận, 2426/7/2014, tr 122-128 Lê Song Tùng, Dỗn Q Hiếu, Hồng Thế Dũng (2015), “Phương pháp xử lý kết đo đường đặc tuyến áp suất lực đẩy động tên lửa nhiên liệu rắn” Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Cơng Nghệ qn sự, (36), tr 26-32 Dỗn Q Hiếu, Lê Song Tùng, Hoàng Thế Dũng, Trần Mạnh Tuân (2015), “Nghiên cứu mơ luồng dịng sản phẩm cháy sau động tên lửa nhiên liệu rắn” Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Cơng Nghệ qn sự, Số kỷ niệm 55 năm Viện KHCNQS, tr 177-183 Hoàng Thế Dũng, Lê Song Tùng, Trịnh Hồng Anh, Phạm Thanh Hải, Nguyễn Thành Sơn (2016), “Nghiên cứu phương pháp xác định đường kính tiết diện tới hạn loa động tên lửa sử dụng nhiên liệu rắn hỗn hợp có tính đến tính chất hai pha sản phẩm cháy”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Cơng nghệ quân sự, Số đặc san Tên lửa, 09-2016, tr.322-331 Hoàng Thế Dũng, Lê Song Tùng, Trịnh Hồng Anh (2017), “Nghiên cứu ảnh hưởng đường kính buồng đốt đến áp suất làm việc buồng đốt động tên lửa sử dụng nhiên liệu hỗn hợp”, Tuyển tập công trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí tồn quốc lần thứ 20, Cần Thơ 7/2017, tr.158-166 ... dụng tính tốn ĐTR sử dụng nhiên liệu rắn hỗn hợp thuốc phóng balistic Chƣơng KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ BUỒNG ĐỐT ĐẾN CÁC THAM SỐ LÀM VIỆC ĐẶC TRƢNG CỦA ĐỘNG CƠ 3.1 Đặt vấn đề 3.2 Xây... dung nghiên cứu: Nghiên cứu thiết lập chương trình, giải tốn xác định thông số làm việc đặc trưng ĐTRHH; khảo sát ảnh hưởng SPC hai pha, đường kính buồng đốt số tham số khác đến thông số làm việc. .. ảnh hưởng số tham số thuật phóng, tham số kết cấu đến thơng số làm việc đặc trưng buồng đốt động sử dụng loại nhiên liệu khác Đã thiết kế, chế tạo động mẫu tiến hành thực nghiệm đo đạc, đưa số