Программные комплексы для теплового расчета химико-термических ракетных двигателей

Рассмотрены программные комплексы, предназначенные для термодинамического моделирования процессов, происходящих в камерах химико-термических ракетных двигателей. Программный комплекс включает в себя программу теплового расчета, иногда вспомогательные программы и базу данных по термодинамическим свойствам продуктов сгорания. Выполнен анализ алгоритмов расчета равновесного состава продуктов сгорания. Тепловой расчет химико-термического ракетного двигателя содержит термодинамическую и газодинамическую составляющие. С помощью термодинамического расчета определяют равновесный состав продуктов сгорания, температуру адиабатного горения, энтропию, энтальпию, теплоемкость, скорость звука, показатель изоэнтропы и т. д. продуктов сгорания в трех сечениях камеры ракетного двигателя. На основании результатов термодинамического расчета находят скорость потока, удельный импульс, расходный комплекс и другие характеристики. Показано, что в большинстве соответствующих программных комплексов использован алгоритм теплового расчета, разработанный в NASA. Основными источниками информации о термодинамических свойствах продуктов сгорания являются справочники «Термодинамические свойства индивидуальных веществ» и NIST-JANAF.
EDN: RTUVYT, https://elibrary/rtuvyt

Литература

[1] Глушко В.П., ред. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Т. 1. Москва, ВИНИТИ, 1971. 263 с.

[2] Zeleznik F.J., Gordon S. Calculation of complex chemical equilibria. Ind. Eng. Chem., 1968, vol. 60, no. 6, pp. 27–57, doi: https://doi.org/10.1021/ie50702a006

[3] Синярев Г.Б., Слынько Л.Е., Трусов Б.Г. Метод, универсальный алгоритм и программа термодинамического расчета многокомпонентных гетерогенных систем. Труды МВТУ, 1978, № 268. 56 с.

[4] Белов Г.В. Термодинамическое моделирование. Москва, Научный Мир, 2002. 184 с.

[5] Cuadra A., Huete C., Vera M. Combustion toolbox: an open-source thermochemical code for gas-and condensed-phase problems involving chemical equilibrium. arXiv:2409.15086. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2409.15086

[6] Трусов Б.Г. Программная система моделирования фазовых и химических равновесий при высоких температурах. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012, № 1, с. 240–249, doi: https://doi.org/10.18698/2308-6033-2012-1-31

[7] Cantera: веб-сайт. URL: https://cantera.org/ (дата обращения: 11.08.2025).

[8] Smith W.R., Missen R.W. Chemical reaction equilibrium analysis. Wiley, 1982. 364 p.

[9] Implementing CEA calculations using Cantera. kyleniemeyer.github.io: веб-сайт. URL: https://kyleniemeyer.github.io/rocket-propulsion/thermochemistry/cea_cantera.html (дата обращения: 11.06.2025).

[10] Белов Г.В. Расчет равновесного состава сложных термодинамических систем с использованием языка Julia и библиотеки Ipopt. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2021, № 3, с. 24–45, doi: https://doi.org/10.18698/0236-3933-2021-3-24-45

[11] Белов Г.В. Развитие средств термодинамического расчета характеристик ракетного двигателя с использованием языка программирования Julia. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2021, № 4, с. 80–93, doi: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2021-4-80-93

[12] W?chter A., Biegler L.T. On the implementation of an interior-point filter line-search algorithm for large-scale nonlinear programming. Math. Program., 2006, vol. 106, no. 1, pp. 25–57, doi: https://doi.org/10.1007/s10107-004-0559-y

[13] Belov G.V., Dyachkov S.A., Levashov P.R. et al. The IVTANTHERMO-Online database for thermodynamic properties of individual substances with web interface. J. Phys.: Conf. Ser., 2018, vol. 946, art. 012120, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/946/1/012120

[14] NIST-JANAF thermochemical tables. URL: https://janaf.nist.gov (дата обращения: 11.06.2025).

[15] McBride B.J. Coefficients for calculating thermodynamic and transport properties of individual species. NASA Langley Research Center, 1993. 90 p.

[16] Burcat A., Ruscic B. Third millennium ideal gas and condensed phase thermochemical database for combustion with updates from active thermochemical tables. Report No. ANL-05/20, Argonne, 2005. 26 p.