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, 2024, 3, 67 - 85

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РОЗРАХУНКОВЕ ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТІВ ГІДРОДИНАМІЧНОЇ МОДЕЛІ КАВІТУЮЧИХ НАСОСІВ РІДИННИХ РАКЕТНИХ ДВИГУНІВ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2024.03.067

Долгополов C. І.

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

      Кавітаційні явища у насосах рідинних ракетних двигунів (РРД) не тільки змінюють енергетичні характеристики насосів, але також впливають на динаміку двигуна та на поздовжні коливання рідинних ракет. Визначення характеристик кавітаційних течій у насосах РРД теоретичним шляхом зараз не поширено через незадовільну узгодженість результатів теоретичних і експериментальних досліджень. Тому використовуються підходи з залученням експериментальних даних. Метою роботи є визначення коефіцієнтів гідродинамічної моделі кавітуючих насосів РРД у всій області існування кавітаційних каверн на основі експериментальних частот кавітаційних коливань та границь областей існування кавітаційних автоколивань. При визначенні пружності кавітаційних каверн і від’ємного опору кавітаційних каверн були використані експериментальні частоти кавітаційних коливань у 26 насосах РРД різної розмірності і продуктивності. При визначенні коефіцієнта розподілу кавітаційного опору та часу передачі збурення за рахунок кавітаційних каверн були додатково використані границі експериментальних областей існування кавітаційних автоколивань 14 насосів. Для розширення області визначення пружності кавітаційних каверн скоригована її залежність від режимних параметрів поблизу кавітаційного зриву. Для більш рівномірного розшарування залежностей опору кавітаційних каверн від режимних параметрів в діапазоні великих значень коефіцієнта витрати проведено уточнення чисел початкової кавітації в насосах. Використовуючи якісний вид залежності коефіцієнта розподілу кавітаційного опору від режимних параметрів, отриманий з теоретичних передавальних матриць кавітуючих насосів, його оцінку знизу (при нульових значеннях часу передачі збурень) і оцінку зверху (по рівномірному розшаруванні детермінантів передавальних матриць насосів), була визначена його аналітична залежність. Використовуючи її, а також співвідношення коефіцієнтів математичної моделі кавітаційних коливань на границі існування кавітаційних автоколивань, були визначені та апроксимовані значення часів передачі збурень.
     

рідинний ракетний двигун, шнековідцентровий насос, кавітація, гідродинамічна модель, експериментальні частоти та області існування кавітаційних автоколивань

1. Боровский Б. И., Ершов Н. С., Овсянников Б. В., Петров В. И, Чебаевский В. Ф., Шапиро А. С. Высокооборотные лопаточные насосы. М.: Машиностроение, 1975. 336 с.

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

3. Натанзон М. С. Продольные автоколебания жидкостной ракеты. М. : Машиностроение, 1977. 208 с.

4. Pylypenko O. V., Degtyarev M. A., Nikolayev O. D., Klimenko D. V., Dolgopolov S. I., Khoriak N. V., Bashliy I. D., Silkin L. A. Providing of POGO stability of the Cyclone-4M launch vehicle. Космічна наука і технологія. 2020. V. 26, № 4. С. 3–20. https://doi.org/10.15407/knit2020.04.003

5. Ng S. L., Brennen C. E. Experiments on the Dynamic Behavior of Cavitating Pumps. ASME J. Fluids Eng. 1978. V. 100, Pр. 166–176. https://doi.org/10.1115/1.3448625

6. C. E. Brennen, C. Meissner, E. Y. Lo, G. S. Hoffman. Scale effects in the dynamic transfer functions for cavitating inducers. ASME J. Fluids Eng. 1982. V. 104, Pр. 428–433. https://doi.org/10.1115/1.3241875

7. Пилипенко В. В. Экспериментально-расчетный способ определения упругости и объема кавитационных каверн в шнекоцентробежных насосах. Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1976. № 3. С. 131–139.

8. Григорьев Ю. Е., Пилипенко В. В. Экспериментально-расчетное определение упругости кавитационных каверн в шнекоцентробежных насосах на режимах с обратными течениями. Динамика насосных систем. К.: Наук. думка, 1980. С. 37–46.

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. https://doi.org/10.1016/S0262-1762(99)80457-X

10. Пилипенко В. В., Довготько Н. И., Долгополов С. И., Николаев А. Д., Серенко В. А., Хоряк Н. В. Теоретическое определение амплитуд продольных колебаний жидкостных ракет-носителей. Космічна наука і технологія. 1999. Т. 5, № 1. С. 90–96. https://doi.org/10.15407/knit1999.01.090

11. Пилипенко В. В., Довготько Н. И., Николаев А. Д., Долгополов С. И., Серенко В. А., Хоряк Н. В. Теоретическое определение динамических нагрузок (продольных виброускорений) на конструкцию жидкостной ракеты РС-20 на активном участке траектории её полёта. Техническая механика. 2000. № 1. С. 3–18.

12. 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.

13. Pylypenko O. V., Prokopchuk O. O., Dolgopolov S. I., Nikolayev O. D., Khoriak N. V., Pysarenko V. Yu., Bashliy I. D.,Polskykh S. V. Mathematical modeling of start-up transients at clustered propulsion system with POGO-suppressors for Cyclon-4M launch vehicle. Космічна наука і технологія. 2021. V. 27, № 6. С. 3–15. https://doi.org/10.15407/knit2021.06.003

14. 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). Pр. 347–359. https://doi.org/10.1016/j.jppr.2021.12.001

15. 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. Технічна механіка. 2021. № 4. С. 7–17. https://doi.org/10.15407/itm2021.04.007

16. Koptilyy D., Marchan R., Dolgopolov S., Nikolayev O. Mathematical modeling of transient processes during start-up of main liquid propellant engine under hot test conditions. 8th European Conference for Aeronautics and Space Sciences (1-4 July, Madrid). 2019. Pр. 15. https://doi.org/10.13009/EUCASS2019-236

17. Долгополов С. І. Верифікація гідродинамічної моделі кавітуючих насосів РРД за теоретичними та експериментальними передавальними матрицями насосів. Технічна механіка. 2020. № 3. С. 18–29 https://doi.org/10.15407/itm2020.03.018

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

19. Долгополов С. И. Обобщенный экспериментально-расчетный коэффициент инерционного сопротивления жидкости, обусловленный обратными течениями на входе в шнекоцентробежный насос. Техническая механика. 1995. Вып. 4. С. 99–103.

20. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М: Наука. 1980. 976с.

21. Dolgopolov S. I. Generalization of Experimental Elasticity of Cavitation Bubbles in LRE Pumps that Differ Significantly in Size and Performance. Sci. innov. 2023. 19(5). Pр. 71–88. https://doi.org/10.15407/scine19.05.071

22. Zadontsev V. A. Experimental Study of LR Pump at Cavitation Autooscillations Regimes. Proceldings of Third China-Russia-Ukraine Symposium on Astronautical Science and Technology, XI AN China. (16-20 September). 1994. Pр. 285–287.

23. Задонцев В. А., Дрозд В. А., Долгополов С. И., Грабовская Т. А. Автономные динамические испытания шнекоцентробежного насоса ЖРД большой размерности в режиме кавитационных автоколебаний. Авиационно-космическая техника и технология. 2009. № 9. С. 100–106.

24. Cелифонов В. С. Исследование динамики насосов ЖРД на кавитационных режимах: дис….канд. техн. наук. М., 1972. 229 с.

25. Задонцев В. А., Дрозд В. А., Долгополов С. И., Грабовская Т. А. Автономные испытания насоса окислителя маршевого двигателя второй ступени ракеты-носителя “Зенит” в режимах кавитационных автоколебаний. Авиационно-космическая техника и технология. 2010. № 10. С. 89–93.

26. Иванов Я. Н. Экспериментальные исследования по выявлению эффективных средств подавления кавитационных автоколебаний в системе топливоподачи ЖРД. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. С. П. Королева. 2006. № 2. С. 357–360.

27. Жулай Ю. А. Динамические испытания шнекоцентробежного насоса в режиме кавитационных автоколебаний. Вестник двигателестроения. 2006. № 3. С. 141–145.

28. Ершов Н. С. Экспериментальное исследование кавитационных автоколебаний насосной системы. Динамика насосных систем. 1980. С. 3–9.

29. Довготько Н. И. Об одном случае исследования устойчивости системы шнекоцентробежный насос – трубопроводы по отношению к кавитационным автоколебаниям. Динамика насосных систем. 1980. С. 9–14.

30. Дрозд В. А., Задонцев В. А., Ходурский В. Е. Экспериментальное определение собственной частоты и декремента колебаний жидкости в системе питающий трубопровод – насос ЖРД. Техническая механика ракетно-космических систем. 1986. Вып. 1. С. 90–96.

31. Натанзон М. С., Бальцев Н. И., Бажанов В. В., Лейдерваргер М. Р. Экспериментальные исследования кавитационных колебаний шнекоцентробежного насоса. Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1973. № 2. С. 151–157.

32. Шакутина Л. Г. Влияние частичной кавитации в шнеке на динамические свойства насоса и ЖРД в диапазоне низких частот: дис….канд. техн. наук. 1971. 166 с.

33. Долгополов С. И. Обобщение экспериментальных давлений срыва кавитирующих шнекоцентробежных насосов ЖРД. Космическая техника. Ракетное вооружение. 2007. Вып. 1. Днепропетровск: ГП “КБ Южное” С. 98–108.

34. Долгополов С. І. Визначення залежностей коефіцієнтів гідродинамічної моделі кавітуючих насосів рідинних ракетних двигунів за їх теоретичними передатними матрицями. Технічна механіка. 2024. № 1. С. 3–12. https://doi.org/10.15407/itm2024.01.003

Copyright (©) 2024 Долгополов C. І.

Copyright © 2014-2024 Технічна механіка