AN INTEGRATED APPROACH TO SOLVING THE PROBLEM OF RELIABLE COOLING OF THE DETONATION ENGINE CHAMBER
Abstract
One of the most promising areas of development of rocket and space engine building is the development of detonation engines. However, to create such engines need to solve a number of complex technical problems. One of them is the problem of cooling the chamber, which receives high heat loads. For reliable operation of the detonation engine chamber, it is necessary to ensure the allowable temperature of the chamber wall and to prevent spontaneous combustion of the prepared fuel mixture capable of detonation. Since the detonation engine operates in non-stationary mode with a sharp change in the parameters of the chamber, one of the main tasks to create a reliable cooling system is to determine the level of heat load on the structure. One of the tools for solving this problem is the method of numerical experiment using mathematical simulation technologies. A computational experiment was performed to determine the value of the specific heat flux to the wall of the detonation engine chamber. The results of the experiment agree well with the known data of other authors. The peak value of the specific heat flux at the detonation wave front is determined. The obtained results indicate that the chamber of the detonation engine is subjected to a much higher thermal load than the chamber of the liquid rocket engine. The analysis of the possibility of using traditional ways and methods of cooling for the detonation engine chamber showed their lack of efficiency. Therefore, it is necessary to develop new promising methods and ways to cool the chamber of the pulse detonation engine. The difficult task of finding an effective system of external cooling of the rocket detonation engine chamber requires a integrated approach.
References
Bussing, T.R.A. Pulse Detonation Engine Theory and Concepts / T. R. A. Bussing, G. Pappas // AIAA. – 1996. – Vol. 165. – P. 421–472
Ma, Fuhua Thrust chamber dynamics and propulsive performance of airbreathing pulse detonation engines: A Thesis in Mechanical Engineering: December 2003 / Fuhua Ma. – The Pennsylvania State University. – 2003. – 278 p.
Золотько, О.Є. Детонаційний двигун для відведення відокремленого ступеня ракети з космічної орбіти [Текст] /О.Є. Золотько, О.В. Золотько, О.В. Сосновська, О.С. Аксьонов, І.С. Савченко // Космічна наука і технологія, 2021.– т. 27. No 4 (131), с. 32 – 41.
Золотько, О.Є. Особливості конструктивних схем двигунів з імпульсними детонаційними камерами [Текст] / О.Є. Золотько, О.В. Золотько, О.В. Сосновська, О.С. Аксьонов, І.С. Савченко // Авіаційно-космічна техніка і технологія. – 2020. – No 2. – С.4–10.
Сосновська, О.В. Аналіз впливу конструктивних параметрів ежекторного сопла на характеристики детонаційного двигуна [Текст] / О.В. Сосновська, О.Є. Золотько, Ю.І. Мороз, О.В. Золотько // Науково-технічний збірник «Механіка гіроскопічних систем». – 2015. – No 30. – C. 62–72.
Panicker, P.K. Practical issues in ground testing of pulsed detonation engines / P.K. Panicker, F.K. Lu, D.R. Wilson // IMECE 2007–44068. – 2007. – P. 1–10.
Hoke, J. Heat transfer and thermal management in a pulsed detonation engine / J. Hoke, R. Bradley, F. Schauer // AIAA Paper 2003–6486. – 2003.
Bazhenova, T.V. Use of gas detonation in a controlled frequency mode (review) / T.V. Bazhenova, V.V. Golub // Combustion, Explosion and Shock Waves. – 2003. – Vol. 39, No. 4. – P. 365–381.
Goto, K. Experimental Propulsive Performance and Heating Environment of Rotating Detonation Engine with Various Throat Geometries / K. Goto, J. Nishimura, A. Kawasaki, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki, D. Nakata, M. Uchiumi, K. Higashino // Journal of propulsion and power. – 2019. – Vol. 35, No 1. – P. 213–223.
Berke, O A preliminary heat transfer analysis of pulse detonation engines / O. Berke, H.S. Bayindir // 6th CEAS Air & Space Conference (CEAS 2017). Transportation Research Procedia. – 2017. – Vol. 29. – P. 279-288
Rob, A Unsteady heat transfer analysis to predict combustor wall temperature in rotating detonation engine / A. Rob, P. Strakey, T. Sidwell, D. Ferguson // AIAA 2015-4191. – 2015. – P. 1–14. DOI: 10.2514/6.2015-4191.
Endo T. Pressure History at the Thrust Wall of a Simplified Pulse Detonation Engine / T. Endo, J. Kasahara, T. Fujiwara // AIAA Journal. – 2004. – Vol. 42, No. 9. – P. 1921– 1930.
Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: учебник для высших учебных заведений / [Добровольский М.В.]; под. ред. Д.А. Ягодникова. – [3-е изд., доп.]. – Москва. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. – 461 с.
Аксьонов, О.С. Проблеми застосування системи внутрішнього охолодження камери детонаційного двигуна [Текст] / О.С. Аксьонов, О.Є. Золотько // Друга науково-практична Інтернет-конференція «Космічні горизонти». Технічні науки: напрями розвитку та досягнення: тез. доп. – Дніпро, 2022. – С. 7–8.
