Численный анализ горения водородно-воздушной смеси в модельной камере сгорания перспективных воздушно-реактивных двигателей при активации молекул О$_2$ резонансным лазерным излучением

Проведено численное исследование горения водородно-воздушной смеси в модельной камере сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя с раздельной подачей водорода и воздуха при активации молекул О$_2$ резонансным лазерным излучением с длиной волны 762.3 и 193.3 нм. Расчет выполнен на основе параболизованных уравнений Навье–Стокса с учетом химических превращений, воздействия лазерного излучения, а также неравномерности параметров воздуха на входе в камеру сгорания за счет сложной газодинамической структуры потока в воздухозаборнике. Показано, что перераспределение подачи водорода через систему топливных пилонов может обеспечить рост полноты сгорания на выходе из камеры сгорания в 2.8 раза. Облучение узкой области потока резонансным лазерным излучением позволяет дополнительно повысить полноту сгорания, причем более эффективно при длине волны 193.3 нм. Применение такого воздействия совместно с перераспределенным подводом водорода повышает полноту сгорания более чем в 4.7 раза по сравнению с базовым вариантом. При этом на 95% увеличивается составляющая продольной силы по участку внутреннего проточного тракта двигателя, обеспечивающему положительный вклад в тягу. Оценка энергетической эффективности использования лазерного излучения показала, что количество подведенной энергии лазерного излучения, необходимой для получения данного эффекта, в 40$\div$80 раз (в зависимости от способа подачи топлива) меньше прироста химической энергии (по сравнению со случаем отсутствия излучения), выделяющейся при сжигании топлива.