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

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 629.76

Технічна механіка, 2024, 1, 3- 15

ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ВІБРАЦІЙ КОСМІЧНОГО АПАРАТА НА АКТИВНІЙ ДІЛЯНЦІ ПОЛЬОТУ РАКЕТИ-НОСІЯ НА ОСНОВІ ВОГНЕВИХ ВИПРОБУВАНЬ РIДИННОГО РАКЕТНОГО ДВИГУНА

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2024.01.003

Ніколаєв Д. О., Хорошилов С. В.

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

Хорошилов С. В.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      У період виведення на робочі орбіти конструкція ракети та її космічний апарат (КА) піддаються екстремальним динамічним впливам. У цей період на конструкцію ракети та космічний апарат можуть діяти віброакустичні навантаження (від коливань тяги ракетної двигунної установки та від аеродинамічних впливів), що здатні призвести до порушень функціонування приладів та міцності легких тонкостінних конструкцій космічного апарата. Стаття присвячена розробці підходу до прогнозування динамічного навантаження на КА, що виводяться на робочі орбіти ракетами-носіями (РН) різних компонувальних схем, при коливаннях тяги рідинної ракетної двигунної установки (РРДУ) на активній ділянці польоту РН.
      Розроблено підхід до прогнозування динамічного навантаження космічних апаратів, що виводяться на робочі орбіти за допомогою РН різних компонувальних схем. Підхід дозволяє оцінити величини динамічних навантажень (спектральних щільностей потужності віброприскорень) конструкції космічних апаратів при коливаннях тяги РРДУ, що діють на корпус РН на активній ділянці польоту рідинної РН. Підхід включає математичне моделювання просторових коливань конструкції ракети-носія відповідно до її конструктивно-компонувальної схеми, попереднє експериментальне визначення спектральної щільності потужності конструкції ракетного двигуна. Працездатність запропонованого підходу до прогнозування динамічного навантаження космічних апаратів продемонстрована на прикладі розрахункового аналізу спектральних щільностей коливань конструкцій КА, що виводяться ракетами-носіями з різними конструктивно-компонувальними схемами.
      Показано, що за допомогою цього підходу вже на початковому етапі проєктування РН при використанні віброакустичних характеристик рідинного ракетного двигуна (РРД) (відомих на основі результатів його вогневих випробувань) можна виконати прогнозування параметрів вібронавантаження КА в різні моменти часу роботи РРД першого ступеня РН з урахуванням схеми компонування ракети (з КА) і її конструктивних особливостей.
     

віброприскорення космічного апарата, рідинна ракетна установка, математичне моделювання, спектральна щільність, коливання тяги ракетного двигуна

1. Flight-loads measurements during launch and exit. NASA/SP-8002, NASA (Washington, DC, USA). 1964. 8 р. URL:http://everyspec.com/NASA/NASA-SP-PUBS/NASA_SP-8002_4235/ (дата звернення 21.12.23).

2. Crocker M. J. The Vibroacoustic Environment of Spacecraft During Launch and Flight. Sound and Vibration. 2002. Vol. 36. No. 6. P. 5.

3. Kabe A. M., Kim M. C., Spiekermann C. E. Loads Analysis for National Security Space Missions. The Aerospace corporation of magazine of advances in aerospace technology. Crosslink. Winter 2003/2004. Vol. 5. No. 1. P. 20–25.

4. Load Analyses of Spacecraft and Payloads. NASA Technical Standard. NASA-STD-5002. 1996. P. 14. URL: https://standards.nasa.gov/sites/default/files/standards/NASA/A/0/nasa-std-5002a.pdf (дата звернення 7.01.24).

5. Spacecraft dynamic environment testing. NASA technical book. NASA-HDBK-7008. NASA. Washington. DC 20546-0001. 2014. P.134. URL: http://everyspec.com/NASA/NASA-NASA-HDBK/NASA-HDBK-7008_52000/ (дата звернення 7.01.24).

6. Сердюк В. К. Проектирование ракет-носителей космических аппаратов: учебник. Пособие для вузов. Машиностроение. 2009. 504 р.

7. Antares User’s Guide. Northrop Grumman Corp. Release 3.1. September 2020. URL: https://www.northropgrumman.com/wp-content/uploads/Antares-User-Guide-1.pdf (дата звернення 7.01.24).

8. Soyuz at the Guiana Space Centre User’s Manual Issue 2 – Revision 0 March 2012. URL: https://www.arianespace.com/wp-content/uploads/2015/09/Soyuz-Users-Manual-March-2012.pdf (дата звернення 7.01.24).

9. Falcon User’s Guide. Space Exploration Technologies Corp. (SpaceX). 2021-09. URL: https://www.spacex.com/media/falcon-users-guide-2021-09.pdf (дата звернення 21.12.23).

10. Tuma, Margaret & Chenevert, Donald & Leahy, Bart Objectives and Progress on Ground Vibration Testing for the Ares Launch Vehicles. Conference: 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition. https://doi.org/10.2514/6.2010-2026

11. Boeing Changes Delta III Control Software, Boeing News Release October 1998. URL: https://boeing.mediaroom.com/1998-10-15-Boeing-Changes-Delta-III-Control-Software (дата звернення 14.12.23).

12. De Selding, Peter B. Harsh Report Issued on Ariane 5 Failure. Space News. 2003. January. Р. 3.

13. Гладкий В.Ф. Динамика конструкции ракеты-носителя. М.: Наука.1969. 496 р.

14. 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.

15. Katorgin B. I., Chvanov V. K., Chelkis F. J. and Michael Popp, Lawrence G. Tanner, Robert C. van Giessen, Scott J. Connally RD-180 Engine Production and Flight Experience. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit 11 – 14 July 2004. Fort Lauderdale, Florida. URL: https://arc.aiaa.org/doi/book/10.2514/MJPC2004 (дата звернення 21.12.23).

16. Begishev A. M., Zhuravlev V. Y., Torgashin А. S. Features and modernization methods of thrust measurement devices for liquid rocket engine test stands. Siberian Journal of Science and Technology. 2020. Vol. 21. No. 1. P. 62–69. https://doi.org/10.31772/2587-6066-2020-21-1-62-69

17. Гликман Б. Ф. Автоматическое регулирование жидкостных ракетных двигателей. 2–е издание, перераб. и доп. М.: Машиностроение. 1989. 296 с.

18. Katorgin B. I., Semyonov V. I., Chvanov V. K., Chelkis F. Yu Engine RD171M. Conversion in mechanical engineering. 2006. N 1. URL: http://lpre.de/resources/articles/history.htm (дата звернення 7.01.24).

19. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука. 1972. 507 с.

20. Michael Cerna, Audrey F. Harvey The Fundamentals of FFT-Based Signal Analysis and Measurement. 340555B-01. National Instruments Corporation. July 2000. URL: https://www.sjsu.edu/people/burford.furman/docs/me120/FFT_tutorial_NI.pdf (дата звернення 14.12.23).

21. Дегтярев А. В. Ракетная техника. Проблемы и перспективы. Днепропетровск.: АРТ-ПРЕСС. 2014. 420 с.

22. Николаев А. Д., Хоряк Н. В. Определение параметров собственных продольных колебаний конструкции корпуса жидкостных ракет-носителей с учетом диссипации энергии. Авиационно-космическая техника и технология. 2004. № 4 (12). С. 62–73.

23. Николаев А. Д., Хоряк Н. В., Серенко В. А., Клименко Д, В., Ходоренко В.Ф., Башлий И. Д. Учет диссипативных сил при математическом моделировании продольных колебаний корпуса жидкостной ракеты. Техническая механика. 2016. № 2. С. 16–31.

24. Oppenheim B. W., Rubin S. Advanced Pogo Stability Analysis for Liquid Rockets. Journal of Spacecraft and Rockets. 1993. Vol. 30. No. 3. P. 360 – 383. https://doi.org/10.2514/3.25524

25. Башлий И. Д., Николаев А. Д. Математическое моделирование пространственных колебаний оболочечных конструкций с жидкостью с использованием современных средств компьютерного проектирования и анализа. Техническая механика. 2013. № 2. C. 18–25.

26. Kohnke P. Ansys Inc. Theory Manual. 001369. Twelfth Edition Canonsburg: SAS IP. 2001. 1266 р.

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

28. Krebs Gunter Dirk "Tsiklon". Gunter's Space Page. Retrieved 2016-07-05. URL: https://space.skyrocket.de/doc_lau/tsiklon.htm (дата звернення 7.01.24).

29. Pylypenko O. V., Khoroshylov S. V., Nikolayev D. O. Development of vibration protection systems of spacecraft – state of the art and perspectives. Космічна наука і технологія. 2023. № 29(5). С. 003-019. https://doi.org/10.15407/knit2023.05.003

Copyright (©) 2024 Ніколаєв Д. О., Хорошилов С. В.

Copyright © 2014-2024 Технічна механіка