ИСТИНА

Целью данного проекта является создание высокопроизводительных вычислительных комплексов программ для предсказательного моделирования двигателей, использующих конденсированное топливо.

The possibilities for improving chemical rocket engines of traditional types are almost exhausted. The further design will have a huge price and does not lead to significant improvements in the properties of the device. In this area the breakthrough can be achieved by developing and introducing new schemes and types of engines. One of the fastest and cheapest ways to develop such engines is computer simulation. Due to its rather high complexity predictive computational modeling of such devices is difficult without using the supercomputing systems and development of parallel algorithms and programs. This project is dedicated to the creation of supercomputer software for predictive modeling of engines using condensed fuel. The development of domestic computer software systems will provide an effective and relevant design tool for high-tech devices.

В результате выполнения проекта планируется получить следующие результаты: 1) Результаты численного моделирования процессов, происходящих в камере сгорания гибридного ракетного двигателя, при различной геометрии камеры для твердого топлива. Оценка полученных результатов и формулировка рекомендаций по форме камеры сгорания. 2) Результаты численного моделирования процессов, происходящих в камере сгорания гибридного ракетного двигателя, для другого вида твёрдого топлива. Создание кинетического механизма для рассматриваемого горючего, отладка и тестирование программы с учетом нового кинетического механизма. 3) Результаты сравнение полученных численных результатов с экспериментальными данными других авторов для подтверждения адекватности предсказательных моделей для камер сгорания ракетных двигателей. 4) Оценка эффективности использования рассматриваемых видов твердого топлива. 5) Увеличение точности численного моделирования для лучшего разрешения газодинамических процессов путем запуска поставленной задачи на более мелких стеках с использованием вычислительных мощностей ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН. 6) Разработанная физическая и математическая модели горения твердого топлива в камере сгорания гибридного ракетного двигателя с учетом образования в результате термохимического разрушения твердого горючего частиц углеводорода. 7) Разработанный вычислительный алгоритм и кинетический механизм для поставленной задачи. 8) Созданный численный код для моделирования процессов горения в камере сгорания гибридного ракетного двигателя с учетом образования в результате термохимического разрушения твердого горючего частиц углеводорода. 9) Тестированный код для уточнения и доработки моделей на базе сравнения результатов расчетов с экспериментальными данными.

Авторами проведено численное трехмерное моделирование течения в камере сгорания гибридного двигателя. Были получены первые интегралы системы, позволяющие определить скорость выгорания топлива на основе интегральных характеристик потока. В рамках исследования было показано, что симметрия камеры сгорания не гарантирует симметричности происходящих процессов. При воспламенении новых слоев твёрдого топлива возрастает масштабная неустойчивость, что делает поток практически несимметричным, поэтому необходимо проводить трехмерное моделирование данной задачи. На основе проведенных исследований можно говорить о том, что в развитой стадии процесса высокотемпературная зона горения заполняет всю область камеры, но через некоторое время происходит стабилизация потока и зона горения занимает область около стенок, что советует диффузионному режиму горения. Также в каждый момент времени скорость выгорания топлива уменьшается с увеличением продольной координаты. Для получения постоянной тяги необходимо учитывать данный результат при конструировании камеры сгорания гибридного ракетного двигателя и расположении твердого топлива в этой камере...