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, 2014, 3, 58 - 70

Раціональний вибір параметрів динамічного гасителя поздовжніх коливань рідинної ракети-носія

Хоряк Н. В.

      Значне зростання амплітуд пружних поздовжніх коливань корпусу ракети-носія (РН), яке виникає при втраті поздовжньої стійкості рідинних РН, може призводити до аварійних ситуацій. Заходи по забезпеченню поздовжньої стійкості зазвичай спрямовані на усунення небезпечного зближення власних частот коливань корпусу РН і рідинної ракетної двигунної установки (РРДУ). Альтернативним методом є установка на РН динамічного гасителя коливань (ДГК), який налаштовується на небезпечну частоту і пригнічує її. ДГК не усуває коливань, а лише зменшує їх амплітуди (“пом'якшує” нестійкість), проте встановити ДГК на готову ракету простіше, ніж демпфуючий пристрій в її РРДУ. Проблема полягає в тому, що при визначенні маси і місця установки ДГК на РН не завжди можна скористатися існуючими рекомендаціями з вибору оптимальних параметрів ДГК, а частота поздовжніх коливань корпусу РН, на яку повинен налаштовуватися ДГК, змінюється під час польоту РН. Визначення частоти настройки ДГК стає ще більш проблематичним, якщо поздовжні коливання з різними частотами виникають на декількох ділянках польоту РН. З іншого боку, аналіз впливу параметрів ДГК на поздовжню стійкість РН з використанням традиційної математичної моделі динамічної взаємодії РРДУ і корпуса РН є досить трудомісткою зада-чею. У цій статті запропоновано підхід до визначення параметрів ДГК на основі чисельного дослідження стійкості лінійної динамічної системи “РРДУ – корпус РН з ДГК", при виконанні якого використовується вдосконалена математична модель динамічної взаємодії РРДУ і корпуса РН з ДГК. Запропонований підхід використано для визначення параметрів динамічного гасителя поздовжніх коливань триступеневої рідинної РН, у якої втрата поздовжньої стійкості відбувається на двох ділянках польоту. Обрані значення параметрів ДГК забезпечили значне зменшення областей існування нарастаючих коливань системи “РРДУ – корпус РН” і коефіцієнтів їх наростання, що обмежило можливість розвитку цих коливань і призвело до "пом'якшення" нестійкості системи.

поздовжня стійкість рідинної ракети; пружні поздовжні коливання, динамічний гаситель коливань, стійкість за першим наближенням Ляпунова, власні значення, параметри власних коливань

1. Натанзон М. С. Продольные автоколебания жидкостной ракеты / М. С. Натанзон. – М. : Машино-строение, 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. Колесников К. С. Динамика ракет / К. С. Колесников. – М. : Машиностроение, 1980. – 376 с.

4. Рабинович Б. И. Неустойчивость жидкостных ракет и космических аппаратов и некоторые фрагменты борьбы с ней / Б. И. Рабинович. – М. : ИКИ РАН, 2006. – 40 с. (Препринт / Российская академия наук ; Институт космических исследований ; Н/8977/Пр-2123)

5. Динамика жидкостных ракетных двигательных установок и продольная устойчивость жидкостных ракет-носителей / В. В. Пилипенко, В. А. Задонцев, Н. И. Довготько, Ю. Е. Григорьев, И. К. Манько, О. В. Пилипенко // Техническая механика. – 2001. – № 2. – С. 11 – 37.

6. Preventing POGO on Titan IVB. Crosslink // The Aerospace Corporation magazine of advances in aerospace technology. – Summer 2003. – P. 3.

7. 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. – 10 p.

8 Коренев Б. Г. Динамические гасители колебаний. Теория и технические приложения / Б. Г. Коренев, Л. М. Резников. – М. : Наука, 1988. – 306 с.

9. Динамические гасители. Техническая информация и типы устройств // Системы защиты конструкций. – Maurer Sohne GmbH & Co.KG, Мюнхен, Германия. – 20 с. – Режим доступа к журн. /http://www.maurer-soehne.ru/files/bauwerkschutzsysteme/pdf/en/brochure/TMD_RU.

10. Dotson K. Mitigating Pogo on Liquid-Fuelled Rockets / K. Dotson // Crosslink. Aerospace Corporation maga-zine of advances in aerospace technology. – 2003. – Winter. – P. 26 – 29.

11. 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.

12. Хоряк Н. В. Анализ устойчивости многоконтурной динамической системы “ЖРД – корпус РН” по спектру матрицы: методические основы и приложение / Н. В. Хоряк // Авиационно-космическая техника и технология. – 2007. – № 9(45). – С. 87 – 91.

13. Хоряк Н. В. Влияние демпфирования колебаний жидкого топлива в баках на амплитуды продольных колебаний жидкостной ракеты / Н. В. Хоряк, А. Д. Николаев, С. И. Долгополов // Авиационно-космическая техника и технология. – 2014. – № 7/114. – С. 34 – 40.

14. 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.

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

16. 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.

Copyright (©) 2014 Хоряк Н. В.

Copyright © 2014-2018 Технічна механіка