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

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 629.7.01+621.318

Технічна механіка, 2024, 3, 49- 66

ДИНАМІКА ЕЛЕКТРОКЕРОВАНИХ ПАЛИВНИХ КЛАПАНІВ РЕАКТИВНИХ ДВИГУНІВ МАЛОЇ ТЯГИ НА «ЗЕЛЕНОМУ» ПАЛИВІ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2024.03.049

Книшенко Ю. В.

Книшенко Ю. В.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      В останні роки у ведучих космічних державах світу приділяється значна увага пошуку нових видів рідинних нетоксичних «зелених» палив. Відомі розробки двигунів на «зелених» видах палива тягою від 0,1 Н до 220 Н. Деякі з них успішно випробувані на космічних апаратах (КА) у орбітальних умовах. Рідинні реактивні двигуни малої тяги, що застосовуються на КА, є виконавчими органами системи керування рухом апарата. Їх робота відбувається за командними сигналами бортової системи керування шляхом подачі електричної напруги на котушки електромагнітів паливних клапанів кожного з двигунів, що забезпечують подачу палива на заданий інтервал часу для отримання необхідного імпульсу тяги. Проблемним питанням таких двигунів є затримки вмикання та вимкнення двигунів по відношенню до командного сигналу. Тому параметри клапанів необхідно обирати такими, щоб ці ефекти були мінімальними.
      Мета роботи – визначення конструктивних параметрів електрокерованих паливних клапанів двигунів малої тяги на «зелених» видах палива для забезпечення їх ефективної роботи при керуванні рухом КА і мінімізації енерговитрат на живлення клапанів. Для визначення цих параметрів використано галузевий стандарт, методика роботи за яким підтверджена методами числового моделювання. Ключовим для скорочення затримки вмикання двигуна є зменшення ходу тарілі клапана від сідла до упору за умови подачі необхідної кількості палива до реакційної камери. Але при цьому відбувається збільшення затримки вимкнення. Розрахунковим шляхом показано, що після виходу електромагнітних параметрів на стаціонарні значення можна знизити електричну напругу до (30 – 40) % від номінального значення зі збереженням клапана у відкритому стані, що скорочує термін закриття клапана. Крім того, такий спосіб живлення зменшує загальні витрати електричної енергії на роботу клапанів. Математична модель динаміки клапанів дозволяє визначити параметри роботи двигунів за командних сигналів короткої протяжності, ймовірних у льотних умовах, за яких клапан не відчиняється повністю, що знижує питомий імпульс двигуна. Отримані результати можуть бути використанні при розробці систем реактивних двигунів малої тяги на «зелених» видах палива.
     

реактивний двигун малої тяги, «зелене» монопаливо, електрокерований паливний клапан, динаміка клапана, затримка вмикання/вимкнення двигуна, зниження напруги живлення клапана, робота клапана у імпульсивних режимах

1. Rocket Engines – ECAPS. URL: https://www.ecaps.se (Last accessed on April 20, 2024)

2. Тимошенко В. І., Патриляк Л. К., Книшенко Ю. В., Дураченко В. М., Долінкевич А. С. Застосування «зелених» палив в системах реактивних керуючих двигунів малої тяги. Технічна механіка. 2021. № 4. С. 29–43. https://doi.org/10.15407/itm2021.04.029

3. Тимошенко В. И., Кнышенко Ю. В., Кошкин М. И. Расчетно-экспериментальное обеспечение разработки реактивных двигательных установок малой тяги. Техническая механика. 2005. № 2. С. 50–64.

4. ОСТ 92-9376-80 Электромагниты пневматических и гидравлических клапанов. Методика расчета. [Чинний від 1982-01-01]. Отраслевой стандарт. 49 с.

5. Смолянінов В. Г., Сухопара О. М. Методика розрахунку струму та напруги живлення виконуючих пристроїв радіоелектронних засобів. Вісник національного технічного університету України «КПІ». Серія Радіотехніка. Радіапаратобудування. 2011. № 45. C. 153–158.

6. Барилюк Е. І. Підвищення ресурсу пневматичних електромагнітних клапанів шляхом введення демпфірування в рухому систему електромагнітного приводу клапана. Дис. …канд. техн. наук. Київ. Видавн. Національного авіаційного інституту, 2016. 218 с.

7. Иголкин А. А., Губенко Т. А., Максимов А. Д. Разработка модели электромагнитного клапана с улучшенными характеристиками для жидкостного ракетного двигателя. Вестник самарского университета. Аэрокосмическая техника, технология и машиностроение. 2020. Т.19. № 4. С. 30–42. https://doi.org/10.18287/2541-7533-2020-19-4-30-42

8. Л. М. Назарова и др. Клапаны бортовых систем стратегических ракет и космических аппаратов, под ред. М. К.Янгеля. Москва: Машиностроение, 1969. 359 с.

9. Тер-Акопов А. К. Динамика быстродействующих электромагнитов. Москва: Энергия, 1965. 168 с.

10. Беляев Н. М., Белик Н. П., Уваров Е. И. Реактивные системы управления космических летательных аппаратов. Москва: Машиностроение, 1979. 232 с.

Copyright (©) 2024 Книшенко Ю. В.

Copyright © 2014-2024 Технічна механіка