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, 2020, 3, 18 - 29

ВЕРИФІКАЦІЯ ГІДРОДИНАМІЧНОЇ МОДЕЛІ КАВІТУЮЧИХ НАСОСІВ РРД ЗА ТЕОРЕТИЧНИМИ ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИМИ ПЕРЕДАВАЛЬНИМИ МАТРИЦЯМИ НАСОСІВ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2020.03.018

Долгополов C. І.

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

      Кавітаційні каверни, розташовані на вході в насос, можуть призводити до збурення неприпустимих кавітаційних автоколивань в системі живлення рідинних ракетних двигунів (РРД), а також викликати поздовжні коливання рідинних ракет (POGO-нестійкість) при близькості власних частот коливань рідини і конструкції ракети. Тому важливо не допустити а ні кавітаційних, а ні поздовжніх коливань ще на етапі конструювання двигуна і ракети. Для цього необхідна надійна математична модель динаміки кавітуючих насосів РРД. Проведено верифікацію гідродинамічної моделі кавітуючих насосів РРД з використанням експериментальних і теоретичних передавальних матриць кавітуючих насосів. Експериментальна передавальна матриця запозичена з роботи Бреннена, Мейсснера, Ло і Хоффмана, яка серед представлених в літературі експериментальних передавальних матриць має найменший розкид значень. Теоретична передавальна матриця запозичена з роботи В. Пилипенка та Ю. Кваші, де вона отримана для кавітуючого насоса, як системи з розподіленими параметрами. Проведено верифікацію чотирьох варіантів гідродинамічної моделі кавітуючих насосів РРД і розглянуто шість можливих коефіцієнтів моделі. Тільки один коефіцієнт інерційного опору рідини на ділянці розташування кавітаційної каверни приймає від'ємне значення, що суперечить його фізичному змісту і тому не може використовуватися в моделі динаміки кавітуючих насосів. Результати верифікації гідродинамічної моделі кавітуючих насосів РРД показали, що модель динаміки кавітуючих насосів, яка включає чотири коефіцієнти моделі, дозволяє задовільно описати кавітаційні явища в насосах РРД в частотному діапазоні до 200 Гц. У число цих коефіцієнтів входять кавітаційна пружність, кавітаційний опір, час затримки передачі збурення за рахунок наявності кавітаційних каверн в насосі, а також постійна часу кавітаційних каверн або коефіцієнт розподілу кавітаційного опору.
     

рідинний ракетний двигун, шнековідцентровий насос, кавітація, передавальна матриця, гідродинамічна модель, ланка запізнювання, веріфікафія

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

3. Колесников К. С. Продольные колебания ракеты с жидкостным ракетным двигателем. М.: Машиностроение. 1971. 260 с.

4. 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.

5. Бреннен, Мейсснер, Ло, Хоффман Проявление масштабных эффектов в динамических передаточных функциях кавитирующих преднасосов. Тр. амер. о-ва инж. мех. Теоретические основы инженерных расчетов. 1982. 104, № 4. С. 88–94. https://doi.org/10.1115/1.3241875

6. Пилипенко В. В., Кваша Ю. А., Устойчивость кавитационного обтекания решетки пластин. Техническая механика. 2001. № 2. С. 144–149.

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. 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.

9. Нг, Бреннен Экспериментальные исследования динамики кавитирующих насосов. Тр. амер. о-ва инж. мех. Теоретические основы инженерных расчетов. 1978. 100, № 2. С.136–147. https://doi.org/10.1115/1.3448625

10. Kawata Y., Ebara K., Uehara S., Takata T. System Instability Caused by the Dynamic Behaviour of a Centrifugal Pump at Partial Operation. JSME International J. 1987. V.30, № 260. P. 271–278. https://doi.org/10.1299/jsme1987.30.271

11. Kawata Y., Takata T., Uehara S., Yasuda O., Yoshino H., Takeuchi T. Prediction of System Instability by Measuring the Dynamic Characteristics of Prototype Multistage Centrifugal Pump. Technical Review. 1988. V. 25, № 3. P. 160–164.

12. Штирнеманн, Эберл, Боллетер, Пейс Экспериментальное определение динамической передаточной матрицы насоса. Тр. амер. о-ва инж. мех. Теоретические основы инженерных расчетов. 1988. № 2. С. 184–195. https://doi.org/10.1115/1.3242651

13. Shimura T., Kamijo K., Yamade A. Dynamic Response of a Liquid Oxygen Pump of the LE-5 Rocket Engine. Proc. 13 th. Iut. Symp. Space Technol. and Sci. Tokyo. 1982. P.307–313.

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

15. 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.

Copyright (©) 2020 Долгополов C. І.

Copyright © 2014-2020 Технічна механіка