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, 1, 16- 25

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТОВ ГІДРОДИНАМІЧНОЇ МОДЕЛІ КАВІТУЮЧИХ НАСОСІВ РІДИННИХ РАКЕТНИХ ДВИГУНІВ ЗА ЇХ ТЕОРЕТИЧНИМИ ПЕРЕДАТНИМИ МАТРИЦЯМИ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2024.01.016

Долгополов С. І.

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

      Визначення характеристик кавітуючих насосів рідинних ракетних двигунів (РРД) є актуальним завданням у зв'язку з необхідністю забезпечення поздовжньої стійкості рідинних ракет-носіїв і стійкості рідинних двигунних установок по відношенню до кавітаційних коливань. Розробка достовірної математичної моделі кавітуючих насосів РРД дозволяє вирішити це завдання. Метою роботи є визначення залежностей від числа кавітації і параметру режиму коефіцієнтів гідродинамічної моделі кавітуючих насосів РРД із зосередженими параметрами за їх теоретичними передатними матрицями, отриманими за моделлю з розподіленими параметрами. У роботі за теоретичними передатними матрицями кавітуючих насосів визначені залежності від режимних параметрів таких коефіцієнтів гідродинамічної моделі кавітуючих насосів РРД: кавітаційна пружність, кавітаційний опір, час затримки передачі збурення за рахунок наявності кавітаційних каверн у насосі та коефіцієнт розподілу кавітаційного опору. Два останні коефіцієнти є новими в гідродинамічній моделі кавітуючих насосів, введеними при її верифікації за експериментальними та теоретичними передатними матрицями насосів. Аналіз залежності коефіцієнта розподілу кавітаційного опору від режимних параметрів показує, що зі збільшенням числа кавітації він помітно зменшується. Це говорить про те, що місце розташування зосередженої податливості кавітаційних каверн зміщене від середнього положення в бік входу в насос. Таким чином, припущення про те, що зосереджена кавітаційна податливість розташовується посередині приєднаної каверни і не змінює свого положення при зміні числа кавітації, не підтвердилося. Перетин залежності коефіцієнта розподілу осі абсцис в районі числа кавітації 0,25 може означати межу існування приєднаних кавітаційних каверн і, отже, межу застосування теоретичної моделі. Залежності часу затримки передачі збурення за зміни числа кавітації мають стрімке зростання при числах кавітації 0,05. При числах кавітації 0,25 вони набувають значень, близьких до постійних.
     

рідинний ракетний двигун, шнековідцентровий насос, кавітація, гідродинамічна модель, передавальна матриця

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

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

3. Морозов И. И., Дегтярь Б. Г. О кавитационных колебаниях в системе с лопастным насосом. Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1975. № 6. С. 122–126.

4. Пилипенко В. В. Кавитационные автоколебания. К.: Наук. думка, 1989. 316 с.

5. Колесников К. С., Рыбак С. А., Самойлов Е. А. Динамика топливных систем ЖРД. М.: Машиностроение, 1975. 172 с.

6. Кинелев В. Г. Колебания в гидравлической системе с насосом, работающим на режиме пониженной подачи при кавитации. Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1990. № 3. С. 122–129.

7. Колесников К. С., Кинелев В. Г. Динамика локального кавитационного образования на лопасти шнекового насоса. Гидрогазодинамика энергетических установок. К.: Наук.думка. 1982. С. 33–52.

8. Ершов Н. С. Динамика обратных токов на входе в насос. Изв. вузов. Авиац. техника. 1985. № 4. С. 49–53.

9. Водяницкий В. П. Возникновение автоколебаний в гидравлической системе при подаче свободного газа на вход в насос. Кавитационные автоколебания в насосных системах. К.: Наук. думка, 1976. Ч. 1. С. 86–95.

10. Козелков В. П., Ефимочкин А. Ф. Об одной модели неустойчивости шнекоцентробежного насоса. Кавитационные автоколебания в насосных системах. К.: Наук. думка, 1976. Ч. 1. С. 80–86.

11. Махин В. А., Гоцуленко В. Н., Гоцуленко Н. Н. О неустойчивости (помпаже) центробежного насоса с преднасосом. Изв. вузов. Авиац. техника. 1975. № 3. С. 150–154.

12. Грейцер Устойчивость насосных систем. Фримановская лекция 1980 г. Тр. Амер. о-ва инж.-мех. ТОИР 1981. Т. 103, № 2. С. 114–180. https://doi.org/10.1115/1.3241725

13. Рот, Ранстадлер Модель помпажа в насосе. Тр. амер. о-ва инж-мех. ТОИР 1978. Т.100. № 4. С. 177–185. https://doi.org/10.1115/1.3448708

14. Гоцуленко В. Н., Гоцуленко Н. Н. Экспериментальное исследование автоколебаний в системе, включающей лопастной насос с монотонно убывающей напорной характеристикой. Энергомашиностроение. 1978. № 5. С. 44–45.

15. Бычкова Л. С., Лысов Е. Н., Петров В. И., Чебаевский В. Ф. Напорные характеристики шнековых насосов, перекачивающих газожидкостные смеси. Кавитационные автоколебания в насосных системах. К.: Наук. думка, 1976. Ч. 1. С. 95–100.

16. Брамлетт, Ноулс, Сак Исследование динамики кавитационных и напорных характеристик системы подачи двигателя J-2. ВРТ 1967. №5. С. 29–45.

17. Brennen C. E., Acosta A. J. The Dynamic Transfer Function for a Cavitating Inducer, ASME J. Fluids Eng. 1976. 98(2). Р. 182–191. https://doi.org/10.1115/1.3448255

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

19. Stirnemann A., Eberl J., Bolleter U., Pace S. Experimental determination of the dynamic transfer matrix for a pump. Transactions of the American Society of Mechanical Engineers, Journal of Fluids Engineering, 1987. 109. Р. 218–225. https://doi.org/10.1115/1.3242651

20. 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. Space Sci. & Technol. 1999. V. 5, №1. С. 90–96. https://doi.org/10.15407/knit1999.01.090

21. 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.

22. 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.

23. 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. Space Sci. & Technol. 2020. V. 26, № 4. P. 3–20. https://doi.org/10.15407/knit2020.04.003

24. 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. V. 4, № 10. P. 347–359. https://doi.org/10.1016/j.jppr.2021.12.001

25. 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

26. Pylypenko O. V., Dolgopolov S. I., Nikolayev O. D., Khoriak N. V., Kvasha Yu. A., Bashliy I. D. Determination of the Thrust Spread in the Cyclone-4M First Stage Multi-Engine Propulsion System During its Start. Sci. innov. 2022. № 18(6), P. 97–112. https://doi.org/10.15407/scine18.06.097

27. Пилипенко В. В. О механизме самовозбуждения кавитационных автоколебаний в системе шнекоцентробежный насос – трубопроводы на режимах без обратных токов. Косм. исслед. на Украине. 1975. Вып. 7. С. 3–10.

28. Пилипенко В. В., Кваша Ю. А., Фоменко П. В. Частотные характеристики шнекоцентробежного насоса в режиме частичной кавитации. Изв. АН СССР. Энергетика и трансп. 1991. № 5. С. 135–141.

29. Пилипенко В. В., Кваша Ю. А. Кавитационное обтекание решетки пластин. Изв. АН СССР. Энергетика и трансп. 1991. №3. С. 139–143.

30. Пилипенко В. В., Кваша Ю. А, Устойчивость кавитационного обтекания решетки пластин. Технічна механіка. 2001. № 2. С. 144–149.

31. Долгополов С. И, 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

Copyright (©) 2024 Долгополов С. І.

Copyright © 2014-2024 Технічна механіка