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, 2021, 4, 7 - 17

МЕТОДИКА ВИЗНАЧЕННЯ ВПЛИВУ ВНУТРІШНІХ ТА ЗОВНІШНІХ ФАКТОРІВ НА РОЗКИД ТЯГИ РІДИННОГО РАКЕТНОГО ДВИГУНА ПРИ ЙОГО ЗАПУСКУ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2021.00.007

Пилипенко О. В., Долгополов C. І., Хоряк Н. В., Ніколаєв О. Д.

Пилипенко О. В.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

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

Хоряк Н. В.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

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

      Незважаючи на комплекс заходів по налаштуванню рідинного ракетного двигуна (РРД) на заданий режим роботи, залишаються мінімальні допустимі розкиди геометричних і режимних параметрів його вузлів і агрегатів (внутрішні фактори), які разом із зовнішніми факторами (тиск і температура компонентів палива на вході в двигун) визначають розкид тяги двигуна. Щоб забезпечити допустимий розкид тяги двигуна відповідно до технічного завдання на двигун, важливо ще на етапі автономного відпрацювання вузлів і агрегатів двигуна знати величину цього розкиду. Метою даної роботи є розробка методики розрахункового визначення впливу зовнішніх і внутрішніх факторів на розкид тяги РРД при його запуску.
      Розроблено методику визначення впливу внутрішніх та зовнішніх факторів на розкид тяги РРД при його запуску. Вона містить розробку математичної моделі запуску двигуна, в якій враховано найбільшу кількість внутрішніх факторів; вибір внутрішніх факторів, які надають найбільший вплив на розкид тяги РРД при його запуску; обрання методу завдання розкиду зовнішніх і внутрішніх факторів; проведення розрахунків запуску двигуна при різних поєднаннях розкиду зовнішніх і внутрішніх факторів і визначення розкиду тяги двигуна; визначення статистичних і теоретичних розподілів розкиду часу набору 90 % тяги двигуна і розкиду тяги двигуна на усталеному режимі і оцінка їх узгодженості за допомогою критерію згоди Пірсона.
      Надано приклад розрахунку впливу розкиду зовнішніх і внутрішніх факторів на розкид тяги РРД при його запуску, при цьому розглядався маршовий РРД, виконаний за схемою із допалюванням окислювального генераторного газу. За результатами попередніх розрахунків запуску двигуна визначено 12 внутрішніх факторів, які надають найбільший вплив на розкид тяги двигуна при його запуску. Показано, що розрахунковий розкид часу набору 90 % тяги (тиску в камері згоряння) лежить в діапазоні від – 0,0822 с до +0,0730 с. При цьому розрахунковий розкид тяги двигуна (тиску в камері згоряння) на усталеному режимі знаходиться в діапазоні від –6,4 % до +6,6 % від номінальної тяги двигуна. Отримано оцінку узгодженості отриманих статистичних і передбачуваних теоретичних розподілів розкиду часу набору 90 % тяги двигуна і розкиду тяги двигуна на усталеному режимі за допомогою критерію згоди.
     

рідинний ракетний двигун, запуск, математичне моделювання, набір 90 % тяги, зовнішні і внутрішні фактори, розкид тяги, узгодженість статистичного і теоретичного розподілів

1. Гахун Г. Г., Баулин В. И., Володин В. А., Курпатенков В. Д., Краев М. В., Трофимов В. Ф. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1989. 424 с.

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

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

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

5. Лебединский Е. В., Зайцев Б. В., Соболев А. А. Многоуровневое математическое моделирование регулятора расхода для ЖРД. 2011. C. 10. http://www.lpre.de/resources/articles/reg_model.pdf (дата звернення 05.10.2021).

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

7. 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

8. 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

9. 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

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

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

12. 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.

13. 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

14. 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

15. Пилипенко О. В., Долгополов C И., Николаев А. Д., Хоряк Н. В. Математическое моделирование запуска многодвигательной жидкостной ракетной двигательной установки. Техн. механіка. 2020. № 1. С. 5–19. https://doi.org/10.15407/itm2020.01.005

16. 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.

17. Долгополов C. И., Николаев А. Д. Математическое моделирование низкочастотной динамики регулятора расхода жидкости при различных амплитудах гармонического возмущения. Техническая механика. 2017. № 1. С. 15–25. https://doi.org/10.15407/itm2017.01.015

18. Гемранова Е. А., Колбасенков А. И., Кошелев И. М., Левочкин П. С., Мартиросов Д. С. Способы подавления низкочастотных колебаний в ЖРД на режимах глубокого дросселирования. Труды НПО «Энергомаш» им. академика В. П. Глушко (Химки). 2013. № 30. С. 104–110.

19. Хоряк Н. В., Николаев А. Д. Декомпозиция и анализ устойчивости динамической системы “питающие магистрали – маршевый ЖРД с окислительной схемой дожигания генераторного газа”. Техническая механика. 2007. № 1. С. 28–42.

20. 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.

21. 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

22. 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

23. Casiano M. J., Hulka J. R., Yang V. Liquid-Propellant Rocket Engine Throttling: A Comprehensive Review. Journal of Propulsion and Power. 2010. Vol. 26, No. 5. С. 897–923. https://doi.org/10.2514/1.49791

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

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

Copyright (©) 2021 Пилипенко О. В., Долгополов C. І., Хоряк Н. В., Ніколаєв О. Д.

Copyright © 2014-2021 Технічна механіка