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

ГЛАВНАЯ    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЛЕГИЯ    АВТОРАМ    ТЕКУЩИЙ ВЫПУСК    АРХИВ    КОНТАКТЫ

УДК 629.784:621.64:532.542

Техническая механика, 2016, 2, 16 - 31

УЧЕТ ДИССИПАТИВНЫХ СИЛ ПРИ МАТЕМАТИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОДОЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ КОРПУСА ЖИДКОСТНОЙ РАКЕТЫ

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

      С использованием усовершенствованной модели продольных колебаний многоступенчатой жидкостной ракеты-носителя (РН), в которой продольные колебания корпуса РН описаны как механические колебания многосвязной диссипативной системы “конструкция РН – жидкое топливо в баках”, проведен анализ влияния жидкого заполнения топливных баков на характеристики доминирующих гармоник продольных колебаний корпуса РН тандемной схемы компоновки ступеней. Показано, что параметры собственных продольных колебаний жидкого топлива в баках РН оказывают определяющее влияние на частоты и декременты низших тонов собственных продольных колебаний ее корпуса, играющие ключевую роль в реализации механизма потери продольной устойчивости жидкостных РН. В рамках модели вязкого трения, используемой при математическом описании колебательного движения упругого корпуса жидкостной РН, проанализированы и обобщены экспериментальные значения коэффициентов демпфирования колебаний жидкого топлива в баках РН, коэффициентов демпфирования колебаний несущих конструкций РН и конструктивно подобных моделей жидкостных ракет, собранные из различных источников научно-технической информации. В частности, приведены результаты анализа динамических испытаний жидкостных ракет и их конструктивно подобных моделей: физической модели в масштабе 1:6,5 корпуса РН «Зенит», ракеты 15А15 и ее физической модели, выполненной в масштабе 1:3,7, физической модели в масштабе 1:5 ракеты-прототипа РН «Днепр» и ее низших ступеней. Проведенный анализ экспериментальных данных позволил разработать методические рекомендации по учету рассеяния энергии колебаний элементов конструкций РН и демпфирования колебаний жидкого топлива в их баках при построении конечно-элементных моделей продольных колебаний корпуса жидкостных РН, в том числе на режимах с резонансным возрастанием амплитуд колебаний корпуса РН.

Жидкостная ракета-носитель, продольные колебания, диссипация энергии, конструкционное демпфирование, вязкое трение, параметры собственных колебаний.

1. Натанзон М. С. Продольные автоколебания жидкостной ракеты / М. С. Натанзон. – М. : Машинострое- ние, 1977. – 208 с.

2. Oppenheim B. W. Advanced Pogo Stability Analysis for Liquid Rockets / B. W. Oppenheim, S. Rubin // Journal of Spacecraft and Rockets. – 1993. – Vol. 30, No. 3. – P. 360 – 383.

3. Pilipenko V. V. Providing the LPRE-Rocket Structure Dynamic Compatibility / V. V. Pilipenko // AIAA / SAE / ASME / ASEE 29th Joint Propulsion Conference and Exhibit (June 28 – 30, 1993). – Monterey, CA. – 1993. – AIAA 93 - 2422.

4. Колесников К. С. Динамика ракет / К. С. Колесников. – М. : Машиностроение, 1980. – 376 с.

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

6. Fenwick J. POGO // Threshold. Rocketdyne's engineering journal of power technology / J. Fenwick. – 1992. – Spring. – P. 21 – 22.

7. Теоретическое определение амплитуд продольных колебаний жидкостных ракет-носителей / В. В. Пилипенко, Н. И. Довготько, С. И. Долгополов, А. Д. Николаев, В. А. Серенко, Н. В. Хоряк // Космiчна наука i технологiя. – 1999. – Т. 5, № 1. – C. 90 – 96.

8. Теоретическое определение динамических нагрузок (продольных виброускорений) на конструкцию жидкостной ракеты РС–20 на активном участке траектории ее полета / В. В. Пилипенко, Н. И. Довготько, А. Д. Николаев, С. И. Долгополов, Н. В. Хоряк, В. А. Серенко // Техн. механика. – 2000. – № 1. – С. 3 – 18.

9. Пилипенко В. В. Кавитационные автоколебания / В. В. Пилипенко. – К. : Наук. думка, 1989. – 316 с. 10. Пановко Я. Г. Внутреннее трение при колебаниях упругих систем / Я. Г. Пановко .– М. : Физматгиз, 1960. – 193 с.

11. Микишев Г. Н. Экспериментальные методы в динамике космических аппаратов / Г. Н. Микишев. – М. : Машиностроение, 1978. – 248 с.

12. Рабинович Б. И. Введение в динамику ракет-носителей космических аппаратов / Б. И.Рабинович. – 2-е изд. перераб. – М. : Машиностроение, 1983. – 296 с.

13. Hilbrandt E. Damping representation related to Spacecraft Structural Design / E. Hilbrandt // Accuracy, Reliab. and Train. FEM Technol. Proc. 4th World Congress, Interlaken, 17–21 Sept., 1984. – P. 21 – 31.

14. Вибрации в технике : Справочник в 6 томах. Том 2. Колебания нелинейных механических сис- тем / Под ред. И. И. Блехмана. – М. : Машиностроение, 1979. – 351 с. 17

15. Хоряк Н. В. Математическое моделирование взаимодействия продольных колебаний корпуса жидкост- ной ракеты как многосвязной упруго-диссипативной системы и динамических процессов в двигатель- ной установке / Н. В. Хоряк, А. Д. Николаев // Техническая механика. – 2010. – № 3. – С. 27 – 37.

16. Хоряк Н. В. Влияние диссипации энергии колебаний жидкого топлива в баках и конструкционного демпфирования жидкостной ракеты-носителя на ее продольную устойчивость / Н. В. Хоряк // Техниче- ская механика. – 2013. – № 3. – С. 21 – 33.

17. Николаев А. Д. Определение параметров собственных продольных колебаний конструкции корпуса жидкостных ракет-носителей с учетом диссипации энергии / А. Д. Николаев, Н. В. Хоряк // Авиационно- космическая техника и технология. – 2004. – Вып. 4/12. – С. 62 – 73.

18. Динамика старта жидкостных ракет-носителей космических аппаратов / Г. И. Богомаз, Н. Е. Науменко, М. Б. Соболевская, И.Ю. Хижа. – К. : Наукова думка, 2005. – 248 с.

19. Прочность материалов и конструкций / Отв. ред. В. Т. Ярошенко. – К. : Академпериодика, 2005. – 1088 с.

20. Vibration Testing of a 1/5 Scale Model of H-II Launch Vehicle / M. Minegishi , M. Sano, K. Komatsu, T. Morita, Y. Morino, K. Tomioka, I. Ujino // Report of National Aerospace Laboratory. – TR-1061. – 1990. – 154 c.

21. Пустыльник Е. И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений / Е. И. Пустыльник. – М. : Наука, Главная ред. физико-математической литературы. – 1968. – 288 с.

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

23. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE) / К. Ли. – Санкт-Петербург : Питер, 2004. – 560 c.

24. 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. – C. 18 – 25.

Copyright (©) 2016 А. Д. Николаев, Н. В. Хоряк, В. А. Серенко, Д. В. Клименко, В. Ф. Ходоренко, И. Д. Башлий

Copyright © 2014-2018 Техническая механика