ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
ISSN 1561-9184 (печатная версия), ISSN 2616-6380 (електронная версия)

ГЛАВНАЯ    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЛЕГИЯ    АВТОРАМ    ТЕКУЩИЙ ВЫПУСК    АРХИВ    КОНТАКТЫ

УДК 629.7 : 621.642 : 532.529

Техническая механика, 2015, 1, 30 - 41

МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ФОРМИРОВАНИЮ АКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКОЙ В ТОПЛИВНЫХ БАКАХ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ МОНИТОРИНГА ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ

В. В. Горбунцов, А. М. Заволока, Н. Ф. Свириденко

      Разработан методический подход к формированию в процессе полета ракеты-носителя (РН) активного управления гидродинамической обстановкой (ГДО) в её топливных баках (ТБ) по параметру содержания свободных газовых включений (СГВ) на входе в топливные магистрали двигателя, основанный на использовании данных о текущем состоянии РН. Ввиду непригодности существующих методов и инструментальных средств измерения содержания СГВ и параметров их движения в баках, для получения текущих оценок этих параметров предложены простые, но содержательные, с точки зрения задачи управления, модели основных процессов, оказывающих влияние на формирование и движение СГВ в столбах компонентов топлива (КТ), подвергающихся полетным нагрузкам. Сформирована модель ГДО как объекта управления, позволяющая, измеряя параметры реального поля давления в КТ, прогнозировать возможность возникновения ситуаций, критических по содержанию СГВ на входе в топливные магистрали. Предложена рациональная стратегия управления, предполагающая использование – в качестве управляющего воздействия, обеспечивающего необходимый уровень управляемости – давления в свободном газовом объеме ТБ и способ его изменения путем регулирования расхода газа, подаваемого на наддув ТБ. Выбранная стратегия предопределяет возможность формирования системы активного управления ГДО на основе простого алгоритма управления с полноразмерной обратной связью и имеющихся на РН средств и ресурсов, обеспечивающих возможность расширения диапазона условий безаварийной эксплуатации РН по сравнению с пассивными средствами управления ГДО.

Ракета-носитель, система питания, топливный бак, активное управление, модель, гидродинамическая обстановка, свободные газовые включения, поле давления, выпрямленная газовая диффузия.

1. Горбунцов В. В. Активное управление возмущённым движением ракеты-носителя на основе данных мониторинга текущего состояния её систем: задачи и перспективы / В. В. Горбунцов, А. Н. Заволока, Н. Ф. Свириденко // Техническая механика. – 2012. – № 1. – С. 72 – 81.

2. Пути повышения надежности и безопасности эксплуатации ракетных комплексов / Ю. А. Митиков, В. А. Антонова, М. Л. Волошин, А. И. Логвиненко // Авиационно-космическая техника и технология. – 2012. – № 3 (90). – С. 30 – 36.

3. Чебаевский В. Ф. Кавитационные характеристики высокооборотных шнеко-центробежных насосов / В. Ф. Чебаевский, В. И. Петров. – М. : Машиностроение, 1973. – 192 с.

4. ВасильевЮ. Н. Устройства для дегазации жидкого топлива перед насосами ракетного двигателя / Ю. Н. Васильев, В. И. Тихомиров // Известия РАН. Энергетика. – 2003. – № 4. – С. 51 – 57.

5. Рабинович Б. И. Неустойчивость жидкостных ракет и космических аппаратов и некоторые фрагменты борьбы с ней / Б. И. Рабинович. – М. : ИКИ РАН, 2006. – 40 с. (Препринт / РАН, ИКИ; Н/8977 / Пр. – 2123.)

6. Натанзон М. С. Продольные автоколебания жидкостной ракеты / М. С. Натанзон. – М. : Машино- строение, 1977. – 208 с.

7. Додж Ф. Т. Колебания поверхности жидкости в жёстких и цилиндрических баках, совершающих про- дольные колебания / Ф. Т. Додж, Д. Д. Кона, Н. Абрамсон // Ракетная техника и космонавтика. – 1965. – Т. 3, № 4. – С. 139 – 153.

8. Венедиктов Б. Л. Самовозбуждение низкочастотных колебаний жидкости при высокочастотных коле- баниях сосуда / Б. Л. Венедиктов, Р. А.Шибанов // Динамика КА и исследование космического про- странства. – М. : Машиностроение, 1986. – С. 215 – 227.

9. Хасимото Х. Разрушение поверхности и образование пузырьков в столбе жидкости при вертикальных колебаниях / Х. Хасимото, С. Судо // Ракетная техника и космонавтика. – 1980. – Т. 18, № 5. – С. 116 – 124.

10. Сплошность газонасыщенных компонентов топлива при полётных вибрациях жидкостной ракеты- носителя / О. В. Пилипенко, А. Н. Заволока, А. Д. Николаев, Н. Ф. Свириденко, А. Н. Мащенко, В. Н. Бичай / Техническая механика. – 2009. – № 4. – С. 3 – 16.

11. Гройс Л. В. К вопросу о растворении газовых пузырьков в жидкости / Л. В. Гройс, Н. Е. Кванталиани // ИФЖ. – 1978. – Т. 34, № 2. – С. 292 – 300.

12. Жовтоног В. М. Современные системы наддува верхних ступеней ракет-носителей на криогенных компонентах топлива / В. М. Жовтоног, А. И. Логвиненко, С. Д. Солод // Космическая техника. Ракетное вооружение. – 2007. – Вып. 2. – С. 37 – 42.

13. Беляев Н. М. Расчет пневмогидравлических схем ракет / Н. М. Беляев. – М. : Машиностроение, 1989. – 219 с. 31

14. Гаврилов Л. Р. Содержание свободного газа в жидкостях и методы его измерения / Л. Р. Гаврилов // Физические основы ультразвуковой технологии. – М. : Наука, 1970. – С. 395 – 426.

15. Фуколова С. А. Оценка концентрации свободного воздуха оптическим методом / С. А. Фуколова, Т. В. Макарова, Е. Р. Губанова // Акустика и ультразвуковая техника. – Вып. 20. – К. : Техника, 1985. – С. 13 – 17.

16. Автономная экспериментальная отработка агрегатов и систем пневмогидросистемы подач ЖРДУ / В. Г. Василина, Г. И. Ильин, В. Ф. Несвид, В. И. Перлик. – Харьков, ХАИ, 2005. – 131 с.

17. ПотехинЮ. Г. Акустический метод экспресс-анализа концентрации свободного газа в жидкости / Ю. Г. Потехин, Е. С. Чистяков // Акустический журнал. – 1978. – Т. XXIV, вып. 2. – С. 243 – 248.

18. Лабунцов Д. А. Паросодержание двухфазного адиабатного потока в вертикальных панелях / Д. А. Лабунцов, И. П. Корнюхин, Э. А. Захарова // Теплоэнергетика. – 1968. – № 4. – С. 63 – 67.

19. Ефремов Г. И. Исследование гидродинамики барботажного слоя / Г. И. Ефремов, И. А. Вахрушев // Химия и технология топлив и масел. – 1969. – № 4. – С. 34 – 38.

20. Метод повышения эксплуатационных характеристик топлива для ЖРД космической ступени / В. Н. Ошанин, Г. М. Иваницкий, А. В. Костюк, М. П. Сало // Космическая техника. Ракетное вооруже- ние. – 2007. – Вып. 2. – С. 51 – 57.

21. Ермашкевич В. Н. Гидро- и термодинамика насосных систем энергоустановок на четырехокиси азота / В. Н. Ермашкевич. – Минск : Наука и техника, 1987. – 287 с.

22. Кузнецов В. И. Обобщенные условия равновесия газовых пузырей в жидкости / В. И. Кузнецов, Н. Ф. Свириденко // Многофазные потоки в энергоустановках. – Харьков : ХАИ, 1988. – С. 10 – 16.

23. Экспериментальные исследования влияния вибраций на работоспособность барботажных систем / В. С. Будник, Н. Ф. Свириденко, Б. В. Свердличенко, В. И. Кузнецов // Гидродинамика технических сис- тем. – К. : Наук. думка, 1985. – С. 102 – 108.

24. Кана Д. Д. Поведение пузырей газа в баках с жидкостью, подвергающихся продольным вибрациям / Д. Д. Кана, Ф. Т. Додж // Вопросы ракетной техники. – 1966. – №1. – С. 36 – 41.

25. Башлий И. Д. Влияние полетных вибраций верхних ступеней ракет-носителей на характеристики сорбци- онных процессов в жидком газонасыщенном топливе в баках сложной пространственной конфигурации / И. Д. Башлий, А. Д. Николаев, Н. Ф. Свириденко // Техническая механика. – 2011. – № 2. – С. 13 – 22.

26. Могендович Е. М. Гидравлические импульсные системы / Е. М. Могендович. – Л. : Машиностроение, 1977. – 216 с.

27. Руденко О. В. Теоретические основы нелинейной акустики / О. В. Руденко, С. И. Солуян. – М. : Наука, 1975. – 288 с.

28. Патент на винахід 104481 Україна, МПК F 02 K 9/42. Спосіб і пристрій забезпечення стійкості роботи двигуна ракети-носія на рідких газонасичених компонентах палива / Горбунцов В. В., Заволока О. М., Свириденко М. Ф.; заявник і патентоволодар Інститут технічної механіки НАН України і ДКА України. – U201209694 : заявл. 10.08.2012; опубл. 11.03.2014, Бюл. № 6.

Copyright (©) 2015 В. В. Горбунцов, А. М. Заволока, Н. Ф. Свириденко

Copyright © 2014-2018 Техническая механика