СПОСОБЫ ПОДАВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Подавление акустических колебаний в РДТТ может производиться за счет изменения состава твердого топлива, конструкции соплового блока и заряда ТТ и применения специальных демпфирующих механических устройств.

Состав твердого топлива. Состав твердого топлива оказывает влияние на колебания давления, проявляющееся через скорость горения и ее зависимость от давления и температуры. Частицы окислов алюминия А1₂0₃, содержащиеся в ТТ, оказывают самостоятельный эффект. Твердые топлива с меньшей скоростью горения более склонны к нестабильному горению на промежуточных частотах, чем быстрогорящие, при этом у ТТ, имеющих нулевой показатель в степенном законе стационарного горения, могут возникать достаточно сильные колебания. Из анализа опытных данных следует, что основными параметрами, оказывающими влияние на условия возникновения колебаний, являются: отношение (а/Д_пах, характерная длина зоны горения, скорость горения, показатель степени в степенном законе горения и. Обобщенная эмпирическая зависимость (для ряда топлив, не содержащих металлы), связывающая границы устойчивости с параметрами колебаний в Т-камере, имеет вид

где f— частота колебаний в Т-камере; f_p = и_ст/Ь_р — частота колебаний; Ь_р — характерная длина зоны горения, b_p = (3...10 мкм);

Индекс «0» соответствует оптимальным условиям для наибольшего удельного усиления, р — условиям постоянного давления.

Конденсированные частицы. Наличие конденсированных частиц в продуктах сгорания оказывает достаточно сильное влияние на демпфирование колебаний давления, причем это явление в значительной степени зависит от процесса и условий горения частиц алюминия, от размера и формы частиц, их концентрации в продуктах сгорания. В общем случае поток частиц алюминия, участвующих в демпфировании колебаний, состоит как из не воспламененных (на начальном участке), так и из горящих частиц алюминия и его окислов. При использовании линейной теории колебаний гашение малого возмущения частицами К-фазы описывается соотношением

где

— коэффициент демпфирования колебаний; со — угловая частота; х_и = = р₄d% /(18р) — время динамической релаксации конденсированных частиц; р_ч> d₄ — плотность и диаметр частицы соответственно; т_т — отношение массовых содержаний частиц и газа; т_т = p₄d₄/[12p(c_TPr/c_p)] — время термической релаксации.

При cotj,» 1 а_р не зависит от частоты, при сот^ « 1 а_р = со² и существует равновесие между газом и конденсированными частицами. Выявлено, что демпфирующая роль конденсированных частиц проявляется сильнее при тангенциальных колебаниях, чем при продольных.

Сопло и камера сгорания. Сопло и камера сгорания являются частью колебательной системы, их геометрические характеристики могут оказать заметное влияние на устойчивость горения, которая может быть определена с помощью коэффициента затухания колебаний а_р. Для определения а_р необходимо знание волновой структуры в камере сгорания, параметров рабочего процесса, акустической проводимости соплового блока и других характеристик.

Общее значение коэффициента затухания является суммой коэффициентов затухания колебаний сопла и стенок камеры сгорания.

Коэффициент затухания колебаний сопла приближенно можно определить по соотношению

где а — среднее значение скорости звука; М_а — среднее значение числаМ потока на выходе из сопла; L — длина камеры сгорания (заряда ТТ);

— акустическая проводимость сопла; п = c_p/c_v — отношение удельных теплоемкостей.

Коэффициент затухания акустической энергии, обусловленный стенками камеры сгорания, имеет вид

где Т_п , р_а, р_п — температура, коэффициент динамической вязкости и плотность газа у поверхности стенки; Т — среднее значение температуры продуктов сгорания в камере сгорания; D — диаметр камеры сгорания.

Наряду с подбором состава ТТ, формы камеры сгорания, заряда ТТ и сопла для демпфирования колебаний могут быть использованы стабилизирующие устройства, такие как резонансные стержни, акустические полости (резонансные и нерезонансные), экраны и др. В качестве акустической полости в двигателях используются резонаторы Гельмгольца. Для демпфирования колебаний в РДТТ в ряде случаев осуществляют такие мероприятия, как создание в заряде ТТ радиальных каналов, установку в канал заряда ТТ стержня или пластинки, а также создание несимметричного поперечного сечения канала.