ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 621.454.2

Технічна механіка, 2019, 4, 5 - 20

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ГІДРАВЛІЧНИХ І ГАЗОВИХ ТРАКТАХ ПРИ ЗАПУСКУ РРД З ДОПАЛЮВАННЯМ ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗУ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2019.04.005

Пилипенко О. В., Хоряк Н. В., Долгополов C. І., Ніколаєв О. Д.

Пилипенко О. В.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Хоряк Н. В.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Долгополов C. І.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Ніколаєв О. Д.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      Однією з основних задач при проектуванні рідинних ракетних двигунів (РРД) є забезпечення безвідмовного запуску РРД. Експериментальне відпрацювання РРД є вельми витратним, а в разі нештатних ситуацій можливі тяжкі наслідки (в тому числі, руйнування двигуна і стендового обладнання). Тому одним з головних інструментів, які дозволяють на етапах проектування і відпрацювання РРД прогнозувати його динамічні характеристики і особливості функціонування при запуску, є математичне моделювання. Стаття присвячена удосконаленню математичних моделей, що описують низькочастотні динамічні процеси в гідравлічних і газових трактах РРД із допалюванням генераторного газу при запуску двигуна. Представлено модифіковану математичну модель динаміки кавітуючих насосів, яка зберігає свою структуру і працездатність в широкому діапазоні зміни чисел кавітації і при взаємних переходах з кавітаційного режиму роботи насоса на безкавітаційний, що необхідно при числовому дослідженні робочих процесів у РРД при запуску. Розроблено підхід до побудови нелінійної математичної моделі заповнення гідравлічних трактів РРД, який дозволяє в разі необхідності автоматично змінювати схему розбиття гідравлічного тракту на скінченні гідравлічні елементи в процесі його заповнення при розрахунках запуску. Запропоновано схему наближеної заміни рівнянь із запізнюваннями в математичній моделі динаміки газових трактів РРД, яка побудована із урахуванням особливостей розрахунку перехідних процесів при запуску РРД і дозволяє підвищити точність результатів моделювання при мінімальному ускладненні моделі. Працездатність розроблених математичних моделей продемонстровано на прикладі розрахунку запуску маршового РРД із допалюванням окислювального генераторного газу. Результати проведених досліджень можуть бути використані при математичному моделюванні запуску сучасних РРД.
     

рідинний ракетний двигун, запуск, перехідний процес, кавітація, шнековідцентровий насос, газогенератор, передавальна функція, частотна характеристика, ланка запізнювання

1. Беляев Е. Н., Черваков В. В. Математическое моделирование ЖРД. М.: МАИ-ПРИНТ. 2009. 280 с.

2. Солнцев В. Л., Радугин И. С., Задеба В. А. Основные требования к маршевым двигателям перспективных ракет-носителей сверхтяжелого класса с жидкостными ракетными двигателями. Космическая техника и технологии. 2015. № 2(9). С. 25–38.

3. Галеев А. Г., Иванов В. Н., Катенин А. В., Лисейкин В. А., Пикалов В. П., Поляков А. Д., Сайдов Г. Г., Шибанов А. А. Методология экспериментальной отработки ЖРД и ДУ, основы проведения испытаний и устройства испытательных стендов. Киров: МЦНИП. 2015. 436 с. URL: http://www.nic-rkp.ru/doc/metodologiya.pdf

4. Каторгин Б. И., Чванов В. К., Беляев Е. Н., Черваков В. В. Математическое моделирование процессов в современных ЖРД. Двигатель. 2002. № 4(22). С. 13–16.

5. Машиностроение. Энциклопедия. В 40 т. Под общ.ред. К. В. Фролова. Ракетно-космическая техника. T. IV 22 / А. П. Аджян, Э. Аким, О. М. Алифанов и др.; под ред. В. П. Легостаева. В 2 кн. Кн. 1. М.: Машиностроение. 2012. 925 с.

6. Liu Wei, Chen Liping, Xie Gang, Ding Ji, Zhang Haiming, Yang Hao Modeling and Simulation of Liquid Propellant Rocket Engine Transient Performance Using Modelica. Proc. of the 11th Int. Modelica Conf., 2015, Sept. 21–23, Versailles. France. Р. 485–490. URL: www.ep.liu.se/ecp/118/052/ecp15118485.pdf от 13.07.2017

7. Пилипенко О. В., Прокопчук А. А., Долгополов С. И., Писаренко В. Ю., Коваленко В. Н., Николаев А. Д., Хоряк Н. В. Особенности математического моделирования низкочастотной динамики маршевого ЖРД с дожиганием генераторного газа при запуске. Космічна наука і технологія. 2017. Т. 23, № 5. С. 3–12. https://doi.org/10.15407/knit2017.05.003

8. Лебединский Е. В., Калмыков Г. П., Мосолов С. В. И. и др. ; под ред. Коротеева А. С. Рабочие процессы в жидкостном ракетном двигателе и их моделирование. М.: Машиностроение. 2008. 512 с.

9. Di Matteo, Fr., De Rosa, M., Onofri, M. Start-Up Transient Simulation of a Liquid Rocket Engine. AIAA 2011-6032 47th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit (31 July - 03 August 2011), San Diego, California. 15p. URL: www.enu.kz/repository/2011/AIAA-2011-6032.pdf. https://doi.org/10.2514/6.2011-6032

10. Шевяков А. А., Калнин В. М., Науменкова М. В., Дятлов В. Г. Теория автоматического управления ракетными двигателями. М.: Машиностроение, 1978. 288 с.

11. Пилипенко В. В., Задонцев В. А., Натанзон М. С. Кавитационные колебания и динамика гидросистем. М.: Машиностроение. 1977. 352 с.

12. Пилипенко В. В. Кавитационные автоколебания. К: Наук.думка. 1989. 316 с.

13. Пилипенко В. В., Долгополов С. И. Экспериментально-расчетное определение коэффициентов уравнения динамики кавитационных каверн в шнекоцентробежных насосах различных типоразмеров. Техническая механика. 1998. № 8. С. 50–56. https://doi.org/10.1016/S0262-1762(99)80457-X

14. Долгополов С. И. Адаптация гидродинамической модели кавитационных колебаний для моделирования динамических процессов в насосных системах при больших числах кавитации. Техническая механика. 2017. № 2. C. 12–19. https://doi.org/10.15407/itm2017.02.012

15. Долгополов С. И., Заволока А. Н., Николаев А. Д., Свириденко Н. Ф., Смоленский Д, Э. Определение параметров гидродинамических процессов в системе питания космической ступени при остановах и запусках маршевого двигателя. Техническая механика. 2015. № 2. С. 23–36.

16. Гликман Б. Ф. Автоматическое регулирование жидкостных ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1974. 396 с.

17. Пилипенко О. В., Прокопчук А. А., Долгополов С. И., Хоряк Н. В., Николаев А. Д., Писаренко В. Ю., Коваленко В. Н. Математическое моделирование и анализ устойчивости низкочастотных процессов в маршевом ЖРД с дожиганием генераторного газа. Вестник двигателестроения. 2017. № 2. С. 34–42.

18. Гемранова Е. А., Колбасенков А. И., Кошелев И. М., Левочкин П. С., Мартиросов Д. С. Способы подавления низкочастотных колебаний в ЖРД на режимах глубокого дросселирования. НПО Энергомаш им. акад. В.П. Глушко (Химки), 2013. № 30. С. 104–110.

19. Хоряк Н. В., Долгополов C И. Особенности математического моделирования динамики газовых трактов в задаче об устойчивости низкочастотных процессов в жидкостных ракетных двигателях. Техническая механика. 2017. № 3. С. 30–44. https://doi.org/10.15407/itm2017.03.030

20. Справочник по теории автоматического управления. Под ред. А. А. Красовского. М.: Наука, 1987. 712 с.

21. Апресян Л. А. Аппроксиманты Паде (обзор). Известия вузов. Радиофизика. 1979. Т. XXII, № 6. С. 653–674. https://doi.org/10.1007/BF01081220

Copyright (©) 2020 Пилипенко О. В., Хоряк Н. В., Долгополов C. І., Ніколаєв О. Д.

Copyright © 2014-2020 Технічна механіка