Влияние волновой структуры течения в сверхзвуковой камере сгорания на воспламенение и стабилизацию горения

Представлены результаты численных и экспериментальных исследований высокоскоростного течения в плоском канале с внезапным расширением в виде обращенного по потоку уступа, который используется в качестве стабилизатора пламени в сверхзвуковом потоке. Эксперименты проведены в высокоэнтальпийной установке кратковременного действия ИТ-302М при числе Маха на входе в камеру сгорания $2.8$, числе Рейнольдса $30\cdot10^6$ м$^{-1}$ и полной температуре $T_0=2000$ K для условий, близких к полетным при числе Маха $6$. Математическое моделирование выполнено на основе полных нестационарных осредненных уравнений Навье–Стокса, дополненных $k$–$\omega$ SST-моделью турбулентности и блоком химической кинетики, содержащим $38$ прямых и обратных реакций горения водородовоздушной смеси. Исследованы три конфигурации уступа: прямой без предварительного воздействия, с предварительным сжатием, с предварительным расширением. Показано, что конфигурация обратного уступа оказывает существенное влияние на размеры отрывных областей, распределение давления и температуру в канале за уступом, от которых зависит самовоспламенение смесей. Расчетные данные показывают, что предварительное сжатие создает условия для эффективного воспламенения смеси и позволяет получить воспламенение подготовленной водородовоздушной смеси и устойчивое горение по всей высоте канала.