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

ГЛАВНАЯ    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЛЕГИЯ    АВТОРАМ    ТЕКУЩИЙ ВЫПУСК    АРХИВ    КОНТАКТЫ

УДК 539.3:519.6

Техническая механика, 2014, 2, 24 - 35

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ ВЕРХНЕЙ СТУПЕНИ ЖИДКОСТНОЙ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ С МАРШЕВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ В КАРДАННОМ ПОДВЕСЕ

Николаев А.Д., Хоряк Н.В., Башлий И.Д., Пирог В.А., Ходоренко В.Ф.

      Определение параметров собственных колебаний верхней ступени жидкостной ракеты-носителя (РН) является важной задачей, решение которой необходимо для проведения теоретического анализа устойчивости верхней ступени РН по отношению к ее упругим продольным и поперечным колебаниям. Современные верхние ступени жидкостных ракет-носителей представляют собой сложные оболочечные конструкции с жидкостью, а двигатели верхних ступеней имеют систему управления вектором тяги для поддержания и коррекции движения ступеней. Управление тягой обеспечивается, в частности, маршевыми жидкостными ракетными двигателями (ЖРД) в карданном подвесе. В этой связи практический интерес представляет анализ влияния угловых колебаний ЖРД в карданном подвесе на параметры упругих колебаний конструкции верхней ступени РН. Для его выполнения разработана линейная математическая модель, описывающая пространственные колебания верхней ступени жидкостной РН с топливным отсеком сферо-конической конфигурации и маршевым ЖРД в карданном подвесе. При разработке модели использовались метод конечных элементов и современные средства компьютерного проектирования и анализа САЕ-систем, что позволило учесть конструктивные особенности ступени. На основе разработанной модели вычислены параметры собственных колебаний системы «конструкция верхней ступени с маршевым ЖРД в карданном подвесе – жидкое топливо в баках». Определены ее доминирующие моды, обусловленные угловыми колебаниями ЖРД, упругими продольными и поперечными колебаниям конструкции ступени (в том числе продольными колебаниями конструкции топливного отсека, космического аппарата и ЖРД). Показано, что учет угловых колебаний маршевого ЖРД может привести к заметному изменению параметров продольных колебаний исследуемой системы в частотном диапазоне изменения собственных частот колебаний жидкости в системе питания двигателя (30 Гц – 100 Гц). Эти изменения влияют на выбор доминирующих продольных мод системы, которые используются при математическом моделировании продольных колебаний жидкостных РН и анализе продольной устойчивости их верхних ступеней.

Жидкостная ракета-носитель, верхняя ступень, жидкостной ракетный двигатель, карданный подвес, упругие продольные и поперечные колебания, угловые колебания, параметры собственных колебаний.

1. Добровольский М. В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования / М. В. Доброволь- ский. – М. : Высшая школа, 1968. – 396 с.

2. Коваленко Н. Д. Ракетный двигатель как исполнительный орган системы управления полетом ракеты / Н. Д. Коваленко. – Днепропетровск : ИТМ НАНУ и НКАУ, 2004. – 412 с.

3. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей / А. П. Васильев, В. М. Кудрявцев, В. А. Кузнецов и др., под ред. В. М. Кудрявцева. – М. : Высшая школа, 1967. – 670 с.

4. Патент 2412368 Российская федерация, МПК F02K1/28 (2006.01), F02K9/82 (2006.01). Способ управле- ния вектором тяги реактивного двигателя и сверхзвуковое сопло / Кехваянц В. Г.; патентообладатель Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России ). – 2009130346/06 ; заявл. 10.08.2009 ; опубл. 20.02.2011, Бюл. № 5. – 5 с.

5. Основы прикладной аэрогазодинамики. Книга 2. Обтекание тел вязкой жидкостью. Рулевые устройст- ва / Н. Ф. Краснов, В. Ф. Захарченко, В. Н. Кошевой, А. Н. Данилов и др., под ред. Н. Ф. Краснова. – М. : Высшая школа, 1991. – 358 с.

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

7. Гладкий В. Ф. Динамика конструкции летательного аппарата / В. Ф. Гладкий. – М. : Наука, 1969. – 496 с.

8. Игдалов И. М. Ракета как объект управления / И. М. Игдалов, Л. Д. Кучма, Н. В. Поляков, Ю. Д. Шептун. – Днепропетровск : АРТ-Пресс, 2004. – 544 с

9. Dotson K. Mitigating Pogo on Liquid-Fueled Rockets / K. Dotson // Crosslink. Aerospace Corporation maga- zine of advances in aerospace technology. – 2003. – Winter. – P. 26 – 29.

10. Особенности моделирования продольных колебаний верхних ступеней ракет-носителей со сложной пространственной конфигурацией топливных баков / А. Д. Николаев, Н. В. Хоряк, И. Д. Блоха, С. И. Долгополов // Техническая механика – 2009. – № 3. – С.51 – 61.

11. Численное моделирование свободных колебаний космических ступеней жидкостных РН со сложной пространственной конфигурацией топливных баков / В. В. Пилипенко, О. В. Пилипенко, Г. И. Богомаз, А. Д. Николаев, И. Д. Блоха // Техническая механика. – 2006. – № 2. – С.69 – 81.

12. Башлий И. Д. Математическое моделирование пространственных колебаний оболочечных конструк- ций с жидкостью с использованием современных средств компьютерного проектирования и анализа / И. Д. Башлий, А. Д. Николаев // Техническая механика. – 2013. – № 2. – С.18 – 25.

13. Kohnke P. Ansys Inc. Theory Manual. 001369. Twelfth Edition / P. Kohnke. – Canonsburg : SAS IP, 2001. – 1266 p.

14. Официальный сайт Исследовательского центра им. М. В. Келдыша (г. Москва, Россия), htpp://www.kerc.msk.ru/ipg/developmentrb2.pdf

Copyright (©) 2014 Николаев А.Д., Хоряк Н.В., Башлий И.Д., Пирог В.А., Ходоренко В.Ф.

Copyright © 2014-2018 Техническая механика