ВПЛИВ ДИСТАНЦІЙНОГО РОЗТАШУВАННЯ ПАЛИВНОГО КЛАПАНА НА ЗАТРИМКУ ЗАПУСКУ РЕАКТИВНОГО ДВИГУНА МАЛОЇ ТЯГИ НА «ЗЕЛЕНОМУ» ПАЛИВІ

Анотація

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.021

В останні роки провідними космічними державами світу приділяється значна увага пошуку та використанню нових видів токсично безпечного палива для керуючих реактивних двигунів космічних апаратів. В якості «зеленого» палива використовується розчин у воді іонної речовини, пального та стабілізатора. Відмінність використання такого палива полягає у суттєвому збільшенні температури у реакційній камері двигуна у порівнянні з традиційними видами палива. Електрокеровані паливні клапани, які забезпечують відпрацювання командних сигналів на запуск та зупинку двигунів шляхом подачі палива до реакційної камери, стикуються з нею дистанційно, через додатковий паливний трубопровід, що забезпечує необхідні температурні умови для роботи клапанів. Таке конструктивне рішення створює умови для додаткової затримки запуску двигуна по відношенню до командного сигналу, що ускладнює роботу системи керування рухом космічного апарата. Розрахунок терміну подачі палива необхідно проводити з урахуванням низького тиску у трубопроводі, що характерно для орбітальних умов.

Метою роботи є розрахункове визначення затримки запуску реактивного двигуна малої тяги на «зеленому» паливі, обумовленої дистанційним розташуванням паливного клапана від паливних форсунок у реакційній камері в умовах вакуумованого трубопроводу.

Розглянуто термофізичні процеси при заповненні вакуумованого трубопроводу між виходом з клапана до паливної форсунки та побудовано математичну модель, з врахуванням скипання палива та витискання пари палива через форсунку до досягнення границею рідкого палива входу до реакційної камери. Представлено результати розрахунків витрат палива у рідинній фазі, тиску пари, температури та змін відносних об’ємів рідини та пари у часі за різних варіантів тиску палива у баку та співвідношень діаметрів трубопроводу та форсунки стосовно двигуна з номінальною тягою 1 Н.

Показано, що вплив тиску палива у баку та конструктивних параметрів системи подачі «зеленого» палива до реакційної камери двигуна проявляється у зміні часу затримки запуску двигуна у діапазоні від декількох тисячних секунди до кількох сотих секунди, що порівняно з часом вмикання двигуна у імпульсному режимі його роботи.

ПОСИЛАННЯ

1. Беляев Н. М., Белік Н. П., Уваров Е. И. Реактивные системы управления космических летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1979. 232 с.

2. Книшенко Ю. В. Динаміка електрокерованих паливних клапанів реактивних двигунів малої тяги на «зеленому» паливі. Технічна механіка. 2024. № 3. С. 49–66. https://doi.org/10.15407/itm2024.03.049

3. Rocket Engines – ECAPS : https://www.ecaps.se (дата звернення: 20.07.2025).

4. Тимошенко В. И. Газовая динамика высокотемпературных технологических процессов. Днепропетровск: Институт технической механіки НАНУ и НКАУ. 2003. 460 с.

5. Anflo K,. Thormahlen P., Persson M. Hot-Firing tests using a low temperature derivative of LMP-103S. 5th European Conference for Aeronautics and Space Sciences, Munich,Germany, 1 – 5 Juli 2013. www.eucass.eu/2013.

6. Decker M. M., Klein N., Freedman E. et ol. HAN-Based Liquid Gun Propellants: Physical Properties. BRL-TR-2864. 1987. 64 p.

7. Yoon W., Khandu V. B., Hosung Y. Reaktor Structure  fjr The Decomposition of ADN-Based Monopropellant. Aerospace. 2023. Vol. 10(8). 686. https://doi.org/10.3390/aerospace10080686

8. Yoon W., Khandu V. B. and Hosung Y. Performance Evaluation of Ammonium Dinitramide-Based Monopropellant in a 1N Thruster. Aerospace. 2024, 11(2), 110.  https://doi.org/10.3390/aerospace11020110

9. Тимошенко В. І., Книшенко Ю. В., Дураченко В. М. Математична модель реактивних двигунів малої тяги на «зеленому» паливі та її верифікація. Технічна механіка. 2025. № 2. С. 17–34. https://doi.org/10.15407/itm2025.02.017