Лазерное воспламенение топлива кислород-метан в камере сгорания с осевым вводом лазерного излучения

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов


Авторы

Ребров С. Г. 1*, Голубев В. А. 2**, Лозино-Лозинская И. Г. 2***, Позвонков Д. М. 2****

1. ГНЦ ФГУП «Исследовательский центр имени М.В. Келдыша», ул. Онежская, 8, Москва, 125438
2. Исследовательский центр имени М.В. Келдыша, ГНЦ Центр Келдыша, Онежская ул., 8, Москва, 125438, Россия

*e-mail: rebrov_sergey@mail.ru
**e-mail: golubev.va@mail.ru
***e-mail: izol39@mail.ru
****e-mail: space_ace@list.ru

Аннотация

Приведены результаты экспериментальных исследований прямого лазерного зажигания топлива кислород-метан в камере сгорания (КС). При проведении испытаний крепление малогабаритного лазера осуществлялось на смесительную головку с осевым вводом излучения в камеру и фокусировкой излучения в объеме топливной смеси. Структура потока компонентов газообразного топлива определялась двухкомпонентными соосно-струйными форсунками, часто использующимися в современных жидкостных ракетных двигателях (ЖРД). По результатам проведенных работ определены основные условия, влияющие на процесс воспламенения кислородно-метановой смеси при осевом вводе лазерного излучения в камеру.

Ключевые слова

лазерное зажигание, камера сгорания, ЖРД, кислород-метан, осевой ввод

Библиографический список

  1. Ребров С.Г., Голубев В.А., Голиков А.Н. Лазерное зажигание топлива кислород-керосин в ракетной технике: от запальных устройств к маршевым ракетным двигателям. Труды МАИ. 2017. № 95. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=84458

  2. Ребров С.Г., Голиков А.Н., Голубев В.А. Лазерное воспламенение ракетных топлив в модельной камере сгорания. Труды МАИ. 2012. № 53. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=29491

  3. Ребров С.Г., Голубев В.А., Голиков А.Н. Камера жидкостного ракетного двигателя или газогенератора с лазерным устройством воспламенения компонентов топлива и способ ее запуска. Патент 2468240 РФ. Бюлл. № 33, 27.11.2012.

  4. Soller S., Rackemann N., Kroupa G.. Laser Ignition Application to Cryogenic Propellant Rocket Thrust Chambers // Laser ignition conference, 20 – 23 June 2017, Bucharest, Romania, available at: https://www.osapublishing.org/viewmedia.cfm?uri=LIC-2017-LFA4.3&seq=0

  5. Lacaze, G, Cuenot, B., Poinsot, T. and Oschwald, M. Large eddy simulation of laser ignition and compressible reacting flow in a rocket-like configuration // Combustion and Flame, 2009, no. 156, pp. 1166 – 1180.

  6. Manfletti C., Oschwald M., Sender J. Theoretical and Experimental Discourse on Laser Ignition in Liquid Rocket Engines // The 27th International Symposium on Space Technology and Science, 05 – 12 July 2009, Tsukuba, Japan, available at: https://elib.dlr.de/59666/1/manfletti-2009-ists.pdf

  7. Börner M. Laser ignition of a multi-injector liquid rocket engine // Space Propulsion Conference 2014, SPC2014-2969567, 19th to 22nd Mai, 2014, Cologne, URL: https://www.eucass.eu/doi/EUCASS2017-049.pdf

  8. Клепиков И.А., Бахмутов А.А., Буканов В.Т., Мирошкин В.В. и др. ЖРД на метановом горючем. История, состояние и перспектива // Труды НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко. 2000. № 18. C. 192 − 204.

  9. Klepikov I., Katorgin B., Chvanov V. The new generation of rocket engines, operating by ecologically safe propellant «liquid oxygen and liquefied natural gas(methane)» // Acta Astronautica, 1997, no. 41(4), pp. 209 – 217.

  10. DeLong D., Greason J., Rodway-McKee K. Liquid Oxygen/Liquid Methane Rocket Engine Development // SAE 2007 AeroTech Congress and Exhibition, September 2007, Los Angeles, CA, available at: https://www.sae.org/publications/technical-papers/content/2007-01-3876/

  11. Grasl S., Nguyen C., Skaff A. Liquid Methane/ Liquid Oxygen Propellant Conditioning Feed System (PCFS) Test Rigs – Preliminary Test Results // 5th JANNAF Liquid Propulsion Meeting, May 2010, Colorado Springs, CO. available at: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20090004695.pdf

  12. Wohlhüter M., Zhukov V., Börner M. Methane/oxygen laser ignition in an experimental rocket combustion chamber: impact of mixing and ignition position // Space Propulsion Conference 2016, SPC2016-3124927 available at: https://elib.dlr.de/107776/1/MW_Paper_SP2016.pdf

  13. Börner M., Manfletti C., Hardi J., Suslov D., Kroupa G., Oschwald M. Laser ignition of a multi-injector LOX/methane combustor // The 31st International Symposium on Space Technology and Science, 03 – 09 June, 2017, Matsuyama, Japan, available at: https://link.springer.com/article/10.1007/s12567-018-0196-6

  14. Soller S. Rackemann N., Preuss N., Kroupa G. Application of Laser Ignition Systems in Liquid Rocket Engines // 3AF Space Propulsion 2016, Rome, available at: https://www.researchgate.net/publication/303331267_APPLICATION_OF_LASER-IGNITION_SYSTEMS_IN_LIQUID_ROCKET_ENGINES

  15. Злобин В.Б. Практическое применение лазерного воспламенения для топливных компонентов жидкостных ракетных двигателей // Решетневские чтения. 2017. № 1(21). C. 206 – 207.

  16. Гуртовой А.А., Лобов С.Д., Рачук В.С., Шостак А.В. Работы КБ Химавтоматики по созданию кислородно-водородных жидкостных ракетных двигателей // Космическая техника и технологии. 2014. № 1 (4). C. 60 – 66.

  17. Гуртовой А.А., Иванов А.В. и др. Расчет и конструирование агрегатов ЖРД. – Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2016. URL: https://docplayer.ru/68244556-Raschyot-i-konstruirovanie-agregatov-zhrd.html

  18. Мосолов С.В., Сидлеров Д.А., Пономарев А.А. Сравнительный анализ особенностей рабочего процесса в камерах сгорания ЖРД со струйно-струйными и струйно-центробежными форсунками на основе численного моделирования // Труды МАИ. 2012. № 59. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=34989

  19. Börner М., Deeken J.C., Manfletti C., Oschwald M. Determination of the minimum laser pulse energies for ignition in a subscale rocket combustion chamber. Laser ignition conference, 20 – 23 June 2017, Bucharest, Romania. URL: https://www.osapublishing.org/viewmedia.cfm?uri=LIC-2017-LThA4.2&seq=0

  20. Ребров С.Г., Голубев В.А. Пиковые давления в камерах сгорания при лазерном воспламенении // Известия РАН. Энергетика. 2015. № 2. C. 131 – 137

Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2021

Вход