A numerical study of unsteady gas-dynamic processes in controllable solid-propellant rocket motors with a central body
This study presents a numerical investigation of unsteady gas-dynamic processes in axisymmetric solid-propellant rocket motors equipped with a movable central body for thrust regulation. Three motor configurations with identical burning-surface areas but different chamber volumes and grain geometries were analyzed, including a design with a recessed nozzle. The nonstationary Euler equations were solved using the control-volume Godunov scheme on moving meshes incorporating a hybrid algorithm combining grid smoothing and local remeshing to track the motion of the flow-control element. Calculations were performed for two propellants with different burning-rate characteristics at varying velocity of the throttling mechanism. The results show that rapid changes in the throat area induce strong transient restructuring of the flow in the transonic and supersonic zones, leading to short-term thrust overshoots or undershoots caused by the mismatch between chamber-pressure evolution and instantaneous critical-area variation. The magnitude of these thrust excursions increases with the throttling rate, whereas the duration of the transient process decreases. Transients during throttling from the maximum to the minimum thrust were 2-2.5 times shorter than in the reverse mode. For all configurations, the maximum difference in thrust-overshoot amplitude at a fixed throttling rate reached 5.5-7% of the initial thrust.
Keywords
axisymmetric controllable solid-propellant rocket motors,
recessed nozzle,
unsteady gas dynamics,
mathematical modeling,
Godunov scheme,
moving computational gridsAuthors
| Kostyushin Kirill V. | Tomsk State University | kostushink@niipmm.tsu.ru |
| Glazunov Anatoliy A. | Tomsk State University | gla@niipmm.tsu.ru |
| Larkin Dmitriy O. | Tomsk State University | d.m.i.t.r.y.l.a.r.k.i.n@mail.ru |
Всего: 3
References
Губертов А.М., Миронов В.В., Борисов Д.М. и др. Газодинамические и теплофизические процессы в ракетных двигателях твердого топлива / под ред. А.С. Коротеева. М.: Машиностроение, 2004. 511 с.
Липанов А.М., Алиев А.В. Проектирование ракетных двигателей твердого топлива. М.: Машиностроение, 1995. 400 с.
Петренко В.И., Попов В.Л., Русак А.М., Феофилактов В.И. РДТТ с регулируемым моду лем тяги. Миасс: ГРЦ «КБ им. акад. В.П. Макеева», 1994. 245 с.
Зезин В.Г., Петренко В.И., Попов В.Л. и др. Регулируемые твердотопливные двигатель ные установки. Миасс: ГРЦ «КБ им. акад. В. П. Макеева», 1996. 295 с.
Алиев А.В., Мищенкова О.В., Черепов И.В. Нестационарные внутрикамерные процессы в твердотопливных регулируемых двигательных установках // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 4 (109). С. 24-39.
Бачурин А.Б., Русак А.М., Целищев В.А. Экспериментальные и теоретические исследова ния особенностей течения в регулируемых соплах с центральным телом // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2010. Т. 14, № 5 (40). С. 52-61.
Кирюшкин А.Е. Миньков Л.Л. Моделирование внутрикамерных процессов в ракетном двигателе на твердом топливе с учетом движения поверхности горения // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2021. № 71. C. 90-105. doi: 10.17223/19988621/71/8.
Бачурин А.Б., Литвинов Е.С., Стрельников Е.В., Целищев В.А. Система автоматического регулирования давления в камере сгорания РДТТ // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2013. Т. 17, № 3 (56). С. 26-33.
Смородинов А.П., Целищев В.А. Ракетный двигатель твердого топлива многократного включения с двумя подсистемами регулирования // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2010. Т. 14, № 1 (36). С. 3-10.
Кривошеев И.А., Целищев В.А., Бачурин А.Б., Стрельников Е.В. Опыт разработки комбинированного РДТТ многократного включения // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2012. Т. 16, № 2 (47). С. 174-188.
Бобылев В.М. Ракетный двигатель твердого топлива как средство управления движением ракет. М.: Машиностроение, 1992. 160 с.
Бабкин А.И., Белов С.И., Рутовский Н.Б., Соловьев Е.В. Основы теории управления ракетными двигательными установками. М.: Машиностроение, 1986. 456 с.
Петренко В.И. Управляемые энергетические установки на твердом ракетном топливе: учеб. пособие. М.: Машиностроение, 2003. 464 с.
Кимяев А.А., Петренко В.И., Попов В.Л., Ярушин С.Г. Регулируемые энергетические установки на твердом ракетном топливе. Пермь: Пермский гос. техн. ун-т, 1999. 168 с.
Кирюшкин А.Е., Миньков Л.Л. Параллельная реализация решения сопряженной задачи определения внутрибаллистических характеристик двигателей на твердом топливе // Компьютерные исследования и моделирование. 2021. № 1 (13). С. 47-65. doi: 10.20537/ 2076-7633-2021-13-1-47-65.
Костюшин К.В. Численное исследование нестационарных газодинамических процессов при старте твердотопливных ракет // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2020. № 67. С. 127-143. doi: 10.17223/19988621/67/12.
Шишков А.А., Панин С.Д., Румянцев Б.В. Рабочие процессы в РДТТ. М.: Машиностроение, 1989. 240 с.
Shewchuk J.R. Delaunay Refinement Algorithms for Triangular Mesh Generation // Computational Geometry. 2002. V. 22, is. 1. P. 21-74.
Shamos M.I., Hoey D. Geometric intersection problems // Proc. 17th Annual Symposium on Foundations of Computer Science. Houston, 1976. P. 208-215.
Lloyd E. On triangulation of a set of points in the plain // MIT Lab.Comp. Sc. Tech. Memo. 1977. № 88. P. 1-56.