The phenomenon of hydrodynamic instability of flows in combustion chambers of liquid-propellant rocket engines and its influence on occurrence and development of high-frequency oscillations of working process parameters are considered. Based on the numerical solution of two model problems, it is shown that hydrodynamic instability of the flow can directly cause high-frequency oscillations in the engine chamber. The first of the above tasks corresponds to uniform blowing of combustion products into the chamber through the section. In this formulation, the expected pulsations are not observed, and the flow parameters at the steady-state mode correspond to the conditions of thermodynamic equilibrium, which can be taken as verification of the proposed mathematical model. Second task corresponds to slotted injection of combustion products into chamber simulating operation of injector head with concentric rows of mixing elements arranged on it. The presence of slotted injection leads to the emergence of hydrodynamic instability of the flow with the formation of intense vortex zones in the working volume of the combustion chamber and the subsonic part of the nozzle. This process is accompanied by the appearance of high-frequency oscillations in the values of the flow parameters. Calculation results are given and the obtained numerical solution is tested.
Рассмотрено явление гидродинамической неустойчивости течений в камерах сгорания жидкостных ракетных двигателей и его влияние на возникновение и развитие высокочастотных колебаний параметров рабочего процесса. На основании численного решения двух модельных задач показано, что гидродинамическая неустойчивость течения может непосредственно являться причиной возникновения высокочастотных колебаний в камере двигателя. Первая из указанных задач соответствует равномерному по сечению вдуву продуктов сгорания в камеру. В данной постановке, как и следовало ожидать, пульсаций не наблюдается, а параметры течения на установившемся режиме соответствуют условиям термодинамического равновесия, что может быть принято в качестве верификации предложенной математической модели. Вторая задача соответствует щелевому вдуву продуктов сгорания в камеру, имитирующему работу форсуночной головки с расположенными на ней концентрическими рядами смесительных элементов. Наличие щелевого вдува приводит к возникновению гидродинамической неустойчивости течения с образованием интенсивных вихревых зон в рабочем объеме камеры сгорания и дозвуковой части сопла. Указанный процесс сопровождается появлением высокочастотных колебаний величин параметров течения. Приведены результаты расчетов и выполнено тестирование полученного численного решения.