Численное исследование коэффициента стоячей волны по напряжению волновода с согласующим устройством для экспериментальной установки по определению скорости горения энергетических конденсированных систем

Аннотация

Скорость горения энергетической конденсированной системы является основным внутрибаллистическим параметром при проектировании двигательных установок летательных аппаратов. Вследствие сложности аналитического определения скорости горения разрабатывают различные экспериментальные методы, одним из которых является микроволновая диагностика. При использовании этого метода для исследования скорости горения применяют элементы микроволновой техники, к которым относится согласующее устройство из диэлектрического материала. Оно предназначено для согласования трактов круглого сечения с разными диаметрами, заполненными воздухом и образцом исследуемой энергетической конденсированной системы. Одним из показателей качества волноводного тракта является коэффициент стоячей волны по напряжению, значение которого для реальных устройств находится в интервале 1,02--2,00. Рассмотрены следующие материалы: капрон, стеклотекстолит, полиметилметакрилат и полилактид. Для каждого материала определены интервалы частот электромагнитной волны, при которых возникает наименьшее число паразитных отражений. Определены геометрические параметры заполненного воздухом металлического волновода. Численное моделирование волноводного тракта показало, что согласующее устройство из стеклотекстолита дает наибольшее значение коэффициента стоячей волны по напряжению. Это негативно влияет на измерение параметров исследуемого сигнала. Вероятно, это связано с наименьшим значением диаметра минимального сечения вследствие высокого значения диэлектрической проницаемости стеклотекстолита (4,6). Согласующее устройство из капрона, полиметилметакрилата и полилактида обеспечивает значение коэффициент стоячей волны по напряжению менее 2 в интервале частоты 8,8...9,5 ГГц

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Шостов А.К., Федотова К.В. Численное исследование коэффициента стоячей волны по напряжению волновода с согласующим устройством для экспериментальной установки по определению скорости горения энергетических конденсированных систем. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2025, № 3 (120), с. 100--113. EDN: NSLXLJ

Литература

[1] Zarko V., Kiskin A., Cheremisin A. Contemporary methods to measure regression rate of energetic materials: a review. Prog. Energy Combust. Sci., 2022, vol. 91, art. 100980. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2021.100980

[2] Зарко В.Е., Вдовин Д.В., Перов В.В. Методические проблемы измерения скорости горения твердых топлив с использованием СВЧ-излучения. Физика горения и взрыва, 2000, т. 36, № 1, с. 68--78. EDN: OONSEV

[3] Ягодников Д.А., Сухов А.В., Сергеев А.В. и др. Экспериментальная методика и модельная установка для исследования горения энергетических конденсированных систем при высоких давлениях. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2023, № 3 (146), с. 50--63. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2023-3-50-63

[4] Ягодников Д.А., Сергеев А.В., Козичев В.В. Экспериментально-теоретическое обоснование повышения точности измерения скорости горения энергетических конденсированных систем СВЧ-методом. Физика горения и взрыва, 2014, т. 50, № 2, с. 51--61.

[5] Ginzton E.L. Microwave measurements., McGraw-Hill, 1957.

[6] Collier R.J., Skinner A.D. Microwave measurements. Institution of Engineering, 2007.

[7] Лавров Б.П., Шарай Ю.М., Сергеев А.В. и др. Определение скорости горения твердого топлива с применением измерителя полных сопротивлений СВЧ-диапазона. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2009, № 1 (74), с. 28--36. EDN: KHNBPX

[8] Strand L.D., Schultz A.L., Reedy G.K. Determination of solid-propellant transient regression rates using a microwave Doppler shift technique. Pasadena, Jet Propulsion Laboratory, 1972.

[9] Ефимов И.Е., Шермина Г.А. Волноводные линии передач. М., Связь, 1979.

[10] Пчельников Ю.Н., Свиридов В.Т. Электроника сверхвысоких частот. М., Радио и связь, 1981.

[11] Лавров Б.П., Сергеев А.В., Козичев В.В. и др. Применение СВЧ-метода измерения скорости горения энергетических конденсированных систем в условиях сверхвысокого давления. Наука и образование, 2011, № 12. EDN: OOZGUZ

[12] Huber E., Mirzaee M., Bjorgaard J., et al. Dielectric property measurement of PLA. IEEE EIT, 2016, pp. 788--792. DOI: https://doi.org/10.1109/eit.2016.7535340

[13] Sedki M.R., Iman M.S. Electromagnetic fields and waves: fundamentals of engineering. McGraw-Hill, 2020.

[14] Фогельсон Б.А. Волноводы. М., Воениздат, 1958.

[15] Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М., Радио и связь, 1988.

[16] Koryu Ishii T. Handbook of Microwave Technology. Academic Press, 1995.

[17] Сусляев В.И., Дунаевский Г.Е., Емельянов Е.В. и др. Комплекс методов и средств радиоволновой диагностики фундаментальных характеристик гетерогенных материалов и сред в гигагерцовом и терагерцовом диапазонах. Известия вузов. Физика, 2011, т. 54, № 9-2, с. 138--146. EDN: OWJCWF

[18] Зоркальцева М.Ю., Кошелев В.И., Петкун А.А. Численное моделирование сверхширокополосных комбинированных антенн. Известия вузов. Физика, 2017, т. 60, № 8, с. 26--30. EDN: ZDQNBL

[19] Захаров В.В., Артюхов И.И. Совершенствование методик конечно-элементного 3D моделирования электротермических СВЧ-установок лучевого типа неограниченного объема. Вопросы электротехнологии, 2023, № 4, с. 5--16.

[20] Jin J.M. The finite element method in electromagnetics. Wiley, 2002.