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.1**, Лозино-Лозинская И. Г.2***, Позвонков Д. М.2****

1. АО «Государственный научный центр Российской Федерации «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—2024

 Вход