Открывайте готовые расчёты в браузере за 2 с (до 300 тыс. DOF) или запускайте тяжёлые задачи до 1,5 млн+ степеней свободы офлайн на Windows и macOS.
Камера ЖРД с коаксиально-тангенциальной смесительной головкой, стабилизатором и соплом Лаваля (CFD)
Трёхмерная внутренняя гидрогазодинамика (RANS k-ω SST, керосин Т-1 / RP-1) камеры жидкостного ракетного двигателя с осевым вводом окислителя (8 м/с), двумя тангенциальными патрубками закрутки горючего (12 м/с), крестообразным стабилизатором пламени и соплом Лаваля (степень поджатия 6,25×): разгон струи в критическом сечении до 29,31 м/с.
В камерах сгорания и газогенераторах жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) коаксиально-тангенциальные смесительные головки обеспечивают интенсивное вихревое перемешивание компонентов топлива и формируют пристеночную закрученную пелену, защищающую стенку камеры и критическое сечение сопла Лаваля от прогара. В данной 3D CFD-модели построена полная проточная полость камеры ЖРД длиной 410 мм: осевой коллектор окислителя Ø48 мм (U_ox = 8,0 м/с) через конический раструб переходит в цилиндрическую камеру Ø100 мм, куда тангенциально со смещением Y = ±35 мм врезаны два противоположных канала подачи горючего Ø28 мм (U_fuel = 12,0 м/с), закручивающих поток в едином направлении вокруг оси +X. В ядре камеры установлен коническо-цилиндрический стабилизатор на 4 диагональных пилонах (45°), за которым поток сжимается в 6,25 раза по площади в критическом сечении сопла Лаваля Ø40 мм и расширяется в раструбе Ø76 мм. Расчёт в нативном решателе SU2_CFD (модель турбулентности Menter k-ω SST) воспроизводит спиральную закрутку линий тока, ускорение струи в горловине сопла до |U|_max = 29,31 м/с (3,06× U_in), перепад давления Δp = 3,68 МПа и осевую силу на стабилизаторе F_D = 158,55 Н при точности баланса масс 0,62%.
1. Геометрия и конечные элементы
- •Единый связный B-Rep объём проточной части (34 топологические грани, V = 1,954×10⁶ мм³): осевой вход при X = −90 мм (Ø48 мм), цилиндрическая камера X ∈ [−30, 120] мм (Ø100 мм), конфузор сопла X ∈ [120, 165] мм, критическое сечение X ∈ [165, 185] мм (Ø40 мм, геометрическая степень поджатия 6,25×) и расширяющийся раструб сопла Лаваля X ∈ [185, 320] мм (Ø76 мм).
- •Два тангенциальных топливных патрубка (Ø28 мм при X = −5 мм, Y = ±35 мм, Z = ∓65 мм), создающих однонаправленную крутку потока вокруг продольной оси +X.
- •Внутренний коническо-цилиндрический стабилизатор-дефлектор (Ø36 мм, срез при X = 45 мм) на четырёх диагональных пилонах под углом 45°.
- •Неструктурированная 3D тетраэдральная сетка Netgen: 8 672 тетраэдра и 2 297 узлов (погрешность объёма 1,00%); рабочая среда: ракетный керосин Т-1 / RP-1 (ρ = 800 кг/м³, μ = 1,6×10⁻³ Па·с).
2. Граничные условия и нагрузки
- •Осевой торец ввода окислителя при X = −90 мм (surface number 28): скорость U_ox = 8,0 м/с, интенсивность турбулентности 5%.
- •Два тангенциальных торца ввода горючего при Z = ∓65 мм (грани 2 и 27): скорость U_fuel = 12,0 м/с, интенсивность турбулентности 5%.
- •Выходной срез раструба сопла Лаваля при X = +320 мм (surface number 34): статическое давление p_out = 0 Па.
- •Поверхности центрального стабилизатора и четырёх пилонов (19 граней): вязкая стенка с прилипанием и интегрированием сил (monitor=on); стенки камеры и сопла Лаваля: вязкая стенка (no-slip wall).
3. Результаты расчёта и верификация
- ✓Суммарный массовый расход через осевой и два тангенциальных входа составляет m_in = 12,042 кг/с и совпадает с расходом на срезе сопла Лаваля m_out = 11,968 кг/с с точностью 0,62%.
- ✓Закрученный поток разгоняется в конфузоре и критическом сечении сопла Ø40 мм до |U|_max = 29,31 м/с (в 3,06 раза выше средневзвешенной входной скорости 9,57 м/с) при перепаде давления Δp = 3,68 МПа.
- ✓На крестообразном стабилизаторе развивается осевая сила сопротивления F_D = 158,55 Н (C_D = 2,628), а в зоне вихревого смешения и горловине сопла формируются спиральные жгуты с завихренностью |ω|_max = 2 161,9 с⁻¹ и Q_max = 2,18×10⁵ с⁻².
Инженеры-двигателисты используют CFD в WebCAE для профилирования смесительных головок ЖРД и газогенераторов, оценки гидравлических потерь на стабилизаторах, анализа закрутки пристеночной пелены и проверки поля скоростей в сопле Лаваля.
14 дней полного доступа ко всем функциям Pro. Платёж спишется только через 2 недели, если не отменить подписку.
- ✓14 дней триала (0 $ сегодня) (отмена в 1 клик)
- ✓До 1,5 млн+ степеней свободы (прямой sparse-решатель)
- ✓Нативные приложения Windows и macOS (100% offline)
- ✓Нелинейный контакт и устойчивость (Kσ, MITC4, RBE2/RBE3)
Задать вопрос расчётчикам по вашей задаче
Опишите вашу деталь или конструкцию — ответим в течение 2 часов.
Нужна мгновенная консультация по МКЭ или этому кейсу?
Нажмите на кнопку ИИ-чата в правом нижнем углу экрана — ассистент разберёт постановку задачи, формулы сопротивления материалов и команды DSL за 3 секунды.
Другие расчётные кейсы и модели
Проушинное соединение «вилка — тяга — палец» (3 тела)
Большие прогибы гибкого крыла БПЛА под следящим давлением
Кессонная панель крыла с RBE2-кронштейном, следящим давлением и упором
