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

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 532.528:621

Технічна механіка, 2022, 2, 47 - 58

ВИЗНАЧЕННЯ ВПЛИВУ ВНУТРІШНІХ ТА ЗОВНІШНІХ ФАКТОРІВ НА РОЗКИД ТЯГИ ДВИГУННОЇ УСТАНОВКИ, ЩО СКЛАДАЄТЬСЯ ЗІ ЗВ'ЯЗКИ КІЛЬКОХ ДВИГУНІВ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2022.02.047

Долгополов C. І.

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

      Розкид тяги кожного рідинного ракетного двигуна в автономному виконанні за рахунок зовнішніх (тиск і температура компонентів палива на вході в двигун) і внутрішніх факторів (розкиди геометричних і режимних параметрів вузлів і агрегатів двигуна) є відомим з експериментальних випробувань або може бути розраховано за відомою методикою. Зазвичай рідинні ракетні двигунні установки (РРДУ) нижчих ступенів ракет-носіїв включають зв’язку з кількох двигунів, розкид тяги яких часто неможливо визначити за результатами вогневих випробувань через обмежені можливості стендового обладнання. Метою роботи є розвиток методичного підходу до визначення розкиду тяги РРДУ, що складається зі зв'язки двох і більше двигунів.
      Для багатодвигунної установки цей методичний підхід додатково передбачає розробку математичної моделі взаємодії двигунів у складі РРДУ, а також проведення розрахунків запуску РРДУ при різних поєднаннях розкиду зовнішніх і внутрішніх факторів у випадках, коли розкиди параметрів у всіх двигунів як однакові, так і різні.
      Для РРДУ, до складу якої входять два двигуни з загальним трубопроводом живлення окислювача, надано приклад розрахунку впливу зовнішніх і внутрішніх факторів на розкид тяги як кожного з двигунів, так і РРДУ в цілому при запуску цієї установки. Показано, що розрахунковий розкид часу набору 90 % тяги (тиску в камері згоряння) лежить в діапазоні від – 0,0917 с до + 0,0792 с (двигун № 1) і від – 0,0941 с до + 0,0618 с (двигун № 2). При цьому розрахункові значення відхилення тиску в камері згоряння (тяги двигуна) від його номінального значення змінюються у межах від – 6,2 % до + 7,0 % (двигун № 1) і від –6,8 % до +6,3 % (двигун № 2). Визначено граничні відхилення розрахункових розкидів часу набору 90 % тяги і тяги для всієї двигунної установки, які є значно меншими (приблизно на 40 %) і знаходяться в інтервалі (– 0,0733 с, +0,0457 с) для часу і в інтервалі (– 4,8 %, +4,8 %) для тяги (відносно номинальної тяги двигуна). Проведено оцінку узгодженості отриманих статистичних і передбачуваних теоретичних розподілів розкиду часу набору 90 % тяги і розкиду тяги на усталеному режимі як обох двигунів, так і РРДУ в цілому за допомогою критерію згоди χ² Пірсона.
     

рідинна ракетна двигунна установка, зв'язка двигунів, запуск, математичне моделювання, зовнішні і внутрішні фактори, розкид тяги, узгодженість статистичного і теоретичного розподілів

1. Алемасов В. Е., Дрегалин А. Ф. , Тишин А. П. Теория ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1980. 533 с.

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

3. Махин В. А., Присняков В. Ф., Белик Н. П. Динамика жидкостных ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1969. 834 с.

4. Пилипенко О. В., Долгополов C. І., Хоряк Н. В., Ніколаєв О. Д., Методика визначення впливу внутрішніх та зовнішніх факторів на розкид тяги рідинного ракетного двигуна при його запуску. Техн. механіка. 2021. № 4. С. 7–17. https://doi.org/10.15407/itm2021.04.007

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

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

7. Лебединский Е. В., Зайцев Б. В., Соболев А. А. Многоуровневое математическое моделирование регулятора расхода для ЖРД. 2011. C. 10. URL: http://www.lpre.de/resources/articles/reg_model.pdf. 26.10.2021

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

9. 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.

10. Долгополов C. И. Гидродинамическая модель кавитационных колебаний для моделирования динамических процессов в насосных системах при высоком кавитационном числе. Техническая механика. 2017. № 2. С. 12–19. https://doi.org/10.15407/itm2017.02.012

11. 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. https://doi.org/10.3384/ecp15118485

12. 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. 15 p.. https://doi.org/10.2514/6.2011-6032

13. Белов Г. В. Моделирование равновесных состояний многокомпонентных гетерогенных систем. Математическое моделирование. 2005. Т. 17, № 2. С. 81–91.

14. Блехман И. И. Синхронизация динамических систем. М.: Наука, 1971. 896 с.

15. 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

16. Dolgopolov S. I., Nikolayev O. D., Khoriak N. V. Dynamic interaction between clustered liquid propellant rocket engines under their asynchronous start-ups. Propulsion and Power Research. 2021. 10(4). P. 347–359. https://doi.org/10.1016/j.jppr.2021.12.001

17. Пилипенко В. В., Дорош Н. Л., Манько И. К. Экспериментальные исследования конденсации пара при вдуве струи газообразного кислорода в поток жидкого кислорода. Техническая механика. 1993. Вып. 2. С. 77–80.

18. Дорош Н. Л. Моделювання конденсації струменя пари кисню у рідині кисню. Прикладні питання математичного моделювання. 2020. Т. 3, № 2.2. С. 149–155. https://doi.org/10.32782/KNTU2618-0340/2020.3.2-2.14

19. 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.

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

21. Пилипенко О. В., Хоряк Н. В., Долгополов C И., Николаев А. Д. Математическое моделирование динамических процессов в гидравлических и газовых трактах при запуске ЖРД с дожиганием генераторного газа. Техн. механіка. 2019. № 4. С. 5–20. https://doi.org/10.15407/itm2019.04.005

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

23. Чарный И. А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах. М.: ГИТТЛ, 1961. 253 с.

24. 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.

25. Соболь И. М., Статников Р. Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М.: Наука, 1981. 110 с.

26. Бендит Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М.: Мир, 1974. 464 с.

Copyright (©) 2022 Долгополов C. І.

Copyright © 2014-2022 Технічна механіка