Том 17, № 4 (2024)

Рассматриваются результаты исследования по определению оптимальных зон для обеспечения лазерного зажигания кислородно-водородной топливной смеси в модельной камере сгорания (КС) при фокусировке излучения с инициированием искры оптического пробоя в выбранной области. Приводятся результаты численного моделирования нестационарного процесса смешения газообразных компонентов — кислорода и водорода — с определением параметров получаемой смеси в объеме модельной КС, проведенного в программном комплексе ЛОГОС-Препост. Из рассматриваемых зон, в которых возможна фокусировка излучения при реализации лазерного зажигания, предпочтительными для воспламенения выбраны области обратных токов с более близкими к стехиометрическому составами топливной смеси и низкими скоростями потока компонентов. Преимущественное использование выбранных по результатам численного моделирования зон для лазерного зажигания подтверждено огневыми испытаниями.

Описаны результаты третьего этапа численного моделирования эксперимента ONERA LAPCAT II по высокоскоростному горению водорода в модельном канале. На данном этапе расчеты проводились с учетом шероховатости стенок канала и наличия стекол на боковых стенках. Также был добавлен генератор синтетической турбулентности на входе в канал, а начальное поле было получено в предварительном RANS (Reynolds-averaged Navier–Stokes) расчете с использованием нелинейной модели SST-NL (nonlinear shear stress transport), что привело к возникновению вторичных токов в углах канала. Представлены результаты расчетов на базе подхода SST-IDDES (SST-based improved delayed detached eddy simulation). Показано, что учет стекол влияет на структуру отрывных областей, но слабо влияет на средние параметры течения и распределение давления вдоль канала. Существенное влияние на все параметры оказывает нелинейная модель и генерация синтетической турбулентности.

Проведено исследование параметров струи высоконапорного генератора огнетушащего аэрозоля (ГОА). Выполнен расчет выпускного сопла генератора на быстрогорящем аэрозолеобразующем составе (АОС). Расчетным и экспериментальным путем определены характеристики формируемого сверхзвукового потока с конденсацией аэрозольных частиц в нем. Показано, что формируемая высоконапорным генератором аэрозольная струя способна подняться на втрое большую высоту, чем при использовании устройства на медленногорящем АОС. Это связано с принципиально иной динамикой формируемого потока и меньшим размером частиц аэрозоля, конденсирующихся за срезом сопла генератора. Крупномасштабные эксперименты показали, что подача огнетушащего аэрозоля на высоту порядка 9 м спутно с потоком горящей нефти или газа обеспечивает крайне малое время тушения фонтана — 3–5 с от момента начала работы генераторов. Тушение достигается объемным способом при заполнении объема факела огнетушащим аэрозолем и достижении им минимальной огнетушащей концентрации.

Представлены результаты многомерных численных расчетов прямого инициирования детонации и перехода горения в детонацию (ПГД) в горизонтальных плоских каналах разной высоты, заполненных газообразным кислородом при нормальных условиях, с нанесенными на нижнюю стенку пленками н-гептана и н-декана. Показана определяющая роль летучести паров горючего в механизме распространения пленочной детонации. Ведущий механизм распространения детонации в системе с пленкой н-гептана — самовоспламенение паров горючего в газовой фазе, а в системе с пленкой н-декана — механическое разрушение пленки и испарение образующихся микрокапель с последующим самовоспламенением паров горючего в газовой фазе. Показано, что при ПГД в каналах разной высоты с пленкой н-гептана предпламенные вторичные взрывы, приводящие к ПГД, происходят в ударно сжатой смеси кислорода с предыспаренным горючим вблизи лидирующей ударной волны (УВ), но на большом удалении от пленки: в областях с повышенной температурой и повышенным временем пребывания газа. Скорость УВ к моменту ПГД составляет 800–900 м/с, а образующаяся детонационная волна (ДВ) распространяется со скоростью 1300 м/с и выше. При низких энергиях зажигания могут существовать два предельных значения высоты канала — минимальное и максимальное, при которых еще возможен ПГД. Минимальная высота канала определяется потерями количества движения и энергии на стенках, а максимальная — наличием дополнительного механизма выравнивания давления в пламени.

Представлен обзор литературы по методам активации горения металлических горючих (МГ) — Al и B — и их соединений в составе смесевых топлив. Рассмотрены основные пути и приемы, направленные на повышение полноты сгорания и реализацию теплотворной способности, а именно: использование комбинированных горючих и сплавов, механоактивации; нанесение функциональных покрытий на поверхность частиц МГ; создание композитных конгломератов (гранул); повышение дисперсности МГ; применение нетрадиционных окислителей и оптимальных связующих. Некоторые методы и идеи проверены экспериментально с использованием лабораторного подхода, разработанного для сравнения разнообразных МГ. В итоге представляется перспективным использование механоактивированного (МА) диборида алюминия, применение активирующих добавок в составе топлива, повышение массовой доли бора в топливе свыше 40% при условии обеспечения защиты частиц от взаимодействия с другими компонентами топлива и подавления агломерации.

Для безметальных твердотопливных композиций, не имеющих конденсированных продуктов сгорания, характерна неустойчивость горения. В качестве стабилизаторов горения применяют тугоплавкие соединения металлов, что снижает удельный импульс и приводит к появлению конденсированных продуктов сгорания. Аллотропные модификации углерода являются горючими веществами и могут сгорать до газообразных продуктов. В данной работе исследовано влияние детонационного наноалмаза (ДНА) на горение модельных твердотопливных композиций, содержащих нитроэфирное горючее связующее с окислителями и энергетическими наполнителями различного химического строения. Показана связь эффективности влияния ДНА на баллистические характеристики безметальных твердотопливных композиций с химическим строением компонентов, входящих в их состав.

Проанализированы возможности повышения энергии ударной волны (УВ) подводного взрыва за счет введения взрывчатого вещества (ВВ) с положительным кислородным балансом (КБ) в состав энергетического материала. Для расчетов в качестве ВВ-окислителей были выбраны относительно новые соединения: 3,6-динитро-1,4-бис(тринитрометил)-1,4-дигидропиразоло[4,3-с]пиразол, 4,4,5,5-тетранитро-2,2-бис(тринитрометил)-2Н,2Н-3,3-бипиразол и 2-динитрометил-5-нитротетразол. Функцию ВВ-горючего выполняли известные мощные вещества октоген и CL-20, имеющие отрицательный КБ. Расчеты показали, что составы, содержащие указанные ВВ-окислители, должны обладать высокими значениями тротилового эквивалента (ТЭ) по энергии УВ подводного взрыва, а наиболее заметного повышения ТЭ за счет использования этих окислителей следует ожидать в случае алюминизированных композиций.