РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ МГД ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Т-СЛОЯ С ПОТОКОМ ГАЗА В ТРАКТЕ ГПВРД И ТЯГОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ.
Мирау А.Н., Деревянко В.А.
Научный руководитель
: Деревянко Валерий Александрович, к.ф.-м.н., доцентКрасноярский Государственный Университет
, ИВМ СО РАН, г.Красноярск, Россия.В связи с разработкой МГД - генераторов и МГД - ускорителей большое внимание уделяется работам посвященным исследованию МГД взаимодействия ионизованного газа (плазмы). Внимание к различным аспектам МГД взаимодействия воздушной плазмы, помимо научных интересов, вызвано возможностью применения достижений магнитной газодинамики к проблемам сверхвысоких полетов при гиперзвуковых скоростях.
Основные трудности по созданию летательных аппаратов, способных развивать скорость порядка 10-18 М, связаны с тем, что при сверхзвуковых скоростях потока в камере сгорания существенно ухудшается качество смешения топлива с воздухом, что ведет к снижению эффективности работы двигателя. Для увеличения эффективности работы ГПВРД со сверхзвуковой скоростью потока в камере сгорания в
[1] было предложено использование МГД – управления потоком в тракте ГПВРД, основанного на создании в потоке локальных плазменных областей (Т-слоев) с температурой порядка 104 К, взаимодействующих с внешним магнитным полем. Эффективность работы МГД – генератора, в котором используется в качестве рабочего тела непроводящий поток газа с самоподдерживающимся токовым слоем (Т-слоем), полностью определяется структурой Т-слоя. Вместе с тем структура Т-слоя, которая развивается из начального температурного возмущения, будет зависеть от параметров МГД – генератора и физических свойств рабочего тела, т.е. от конкретного вида зависимостей электропроводности от давления и температуры, показателя адиабаты и его излучательной способности.Целью работы являлось исследование структуры нестационарного газодинамического течения в тракте ГПВРД с МГД – управлением, на основе математической модели, описывающей процессы протекающие в тракте двигателя.
В работе рассматривался МГД генератор с Т-слоем фарадеевского типа со сверхзвуковым течением в канале. Принципиальная схема ГПВРД с МГД-управлением потоком представлена на рисунке 1.
При математическом моделировании, процессов протекающих в тракте двигателя, использовалась система нестационарных уравнений гидродинамики в эйлеровых координатах. Токи смещения и индуцированные магнитные поля, вследствие их малости, не учитывались. Для полного описания процессов в МГД-генераторе система уравнений была дополнена членами, описывающими взаимодействие с магнитным полем и инициирование Т- слоев. При моделировании излучения использовалось приближение объемного излучателя. Величина тока, протекающего в объеме Т- слоя при его взаимодействии с внешним магнитным полем определялась из дифференциального закона Ома.
Для численного решения системы использовался явный метод Мак - Кормака второго порядка точности
[3]. Граничными условиями на входе в МГД – канал являлись параметры потока на выходе из воздухозаборника для данного полетного числа Маха. Граничное условие на выходе из сопла соответствовало свободному вылету, т.е. задавалось равенство нулю произвольных параметров. Начальным условием является сверхзвуковое невозмущенное течение газа.В связи с тем, что течение содержит области с большими градиентами параметров, такие как Т- слои и ударные волны, для усреднения осцилляций и увеличения точности расчетов использовался метод коррекции потоков
FCT [4].Значения электропроводности и степеней черноты рассчитывались с помощью пакета программ
MONSTR и вводились в программу в виде таблиц.В ходе численного моделирования были определены параметры МГД взаимодействия обеспечивающие возникновение и дальнейшее существование режима самоподдержания Т - слоя при периодическом режиме работы двигателя в зависимости от начальных параметров потока.
Рис.1
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1 Латыпов А.Ф., Деревянко В.А., Васильев Е.Н., Овчинников В.В. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель и способ его работы. Патент РФ №1803595 от 03.01.96.
2 Бреев В.В., Губарев А.В., Панченко В.П. Сверхзвуковые МГД-генераторы. М.: Энергоатомиздат, 1988г.
3 MacCormak R. W. The effect of viscosity in hypervelocity impact creating.
4 Elaine S., Oran Ph. D., Jay P., Boris Ph. D. Numerical simulation of reactive flow. 1987.
e-mail: asf@asf.e-burg.ru