Michał Kawalec

Wpływ geometrii komory spalania na strukturę fali detonacyjnej w silniku rakietowym

Abstract:

Rozwój badań nad zastosowaniem spalania detonacyjnego w silnikach lotniczych otwiera szereg nowych możliwości, zarówno w sposobie projektowania silników, jak i możliwości uzyskaniu ich wyższych sprawności. Praca przedstawia wyniki badań eksperymentalnych detonacji gazowej w modelowych silnikach rakietowych przeprowadzonych w Laboratorium Napędów Lotniczych, Centrum Technologii Kosmicznych Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytucie Lotnictwa.

W pierwszym etapie sprawdzono eksperymentalnie prędkości detonacji w specjalnie do tego celu zaprojektowanej i zbudowanej rurze uderzeniowej, oraz  opracowano metodę osłony termicznej czujników do pomiaru szybkozmiennych ciśnień występujących w procesie spalania detonacyjnego. W kolejnym etapie przeprowadzono szereg badań procesu wirującej detonacji w pierścieniowej komorze detonacyjnej na specjalnie wykonanym do tego celu stanowisku badawczym. Jego konstrukcja pozwalała na badania wielu wariantów geometrii detonacyjnej komory spalania, a także określenie wpływu składu mieszanin palnych. Opracowano ponadto autorski program umożliwiający prowadzenie analizy przebiegu szybkozmiennego ciśnienia w detonacyjnej komorze spalania.

Wykonano eksperymenty umożliwiające ocenę wpływu poszczególnych parametrów geometrycznych detonacyjnej komory spalania silnika rakietowego, składu i wydatku mieszaniny palnej na osiągi silnika i liczbę fal detonacyjnych. Przeprowadzono również analizę wpływu powyższych parametrów na stabilność tego procesu.

Dla wybranych, optymalnych parametrów pracy modelowego silnika rakietowego, wykonano analizę wpływu rozmiaru i geometrii  komory detonacyjnej na kierunek propagacji fal w procesie wirującej detonacji. Sprawdzono kilka koncepcji kontrolowania wirowania detonacji w jednym, z góry określonym kierunku. Stwierdzono, że najlepszym rozwiązaniem pozwalającym na 100% kontrolę kierunku wirowania fal detonacyjnych w pierścieniowej komorze spalania jest zastosowanie mimośrodowej komory z określonym miejscem inicjacji procesu.

Przeprowadzono również analizę wpływu parametrów geometrycznych, oraz składu mieszaniny metanowo-tlenowej na wartość impulsu właściwego osiąganego w badanym modelowym silniku rakietowym z detonacyjną komorą spalania. Uzyskane podczas realizacji pracy wyniki umożliwiają opracowanie wytycznych do projektowania silników rakietowych wykorzystujących wirującą detonację. Praca otwiera więc możliwości rozwoju tego rodzaju napędów do praktycznych zastosowań