CC BY
25<Тешетневс^ие чтения. 2016
Выполненные расчеты показали, что при использовании в составе СУД космического аппарата управляемой СГК обеспечивается сокращение длительности полетных операций по маневрированию КА и изменению его углового положения на 20-27 %, что соответствует затратам времени на успокоение колебаний ВУЭ, соизмеримым с миллисекундами.
Библиографические ссылки
1. Дементьев И. И. Теория оптимального управления движением космических аппаратов: Анализ, основные положения и математические модели. Саар-брюккен : LAP Lambert Academic Publishing, 2015. 143 с.
2. Математические модели напряженно-деформированного состояния упругих элементов конструкций летательных аппаратов / В. Д. Атамасов, И. И. Дементьев, С. А. Немыкин, Б. И. Полетаев // Известия Российской Академии ракетных и артиллерийских наук, 2015. Вып. 2 (87). С. 71-75.
3. Прогнозирование форм и параметров колебательных процессов конструктивных элементов космических аппаратов / И. И. Дементьев [и др.] // Естественные и технические науки. 2013. № 3 (65). С. 196-199.
4. Романов А. В., Тестоедов Н. А. Основы проектирования информационно-управляющих и механических систем космических аппаратов : учебник / под ред. В. Д. Атамасова. СПб. : АНО ЛА «Профессионал», 2015. 240 с.
5. Романов А. В. Теория комплексной оптимизации проектирования космических аппаратов с ядерными термоэмиссионными энергетическими установками : монография / под ред. Б. И. Полетаева, А. П. Ковалева. СПб. : НПО «Профессионал», 2010. 474 с.
6. Теория проектирования сложных технических систем космического базирования : учебник / М. К. Сапего [и др.]. СПб. : НПО «Профессионал», 2012. 560 с.
7. Трехмерная математическая модель напряженно-деформированного состояния крупногабаритного композитного выносного элемента конструкции космического аппарата / И. И. Дементьев [и др.] // Альманах современной науки и образования. 2015. № 1 (91). С. 39-48.
References
1. Dementev I. I. The theory of optimal control of spacecraft motion: analysis, fundamentals and mathematical models. Saarbrucken : LAP Lambert Academic Publishing, 2015. 143 p.
2. Mathematical models of stressedly-deformed state of resilient design components of aircraft / V. D. Atamasov, I. I. Dementev, S. A. Nemykin, B. I. Poletaev // Proceedings of the Russian Academy of Missile and Artillery Sciences. 2015. Iss. 2 (87). P. 71-75.
3. Prediction forms and parameters of oscillatory processes of design elements of spacecraft / I. I. Dementev [et al.] // Natural and technical sciences. 2013. № 3 (65). P. 196-199.
4. Romanov A. V., Testoedov N. A. Fundamentals of information and control and mechanical systems of spacecraft: a tutorial / ed. by V. D. Atamasov. St. Petersburg. : ANO LA «Professional», 2015. 240 p.
5. Romanov A. V. The theory of complex optimization of spacecraft design thermionic nuclear power plants: a monograph / ed. by B. I. Poletaev, A. P. Kovalev. St. Petersburg. : NGO «Professional», 2010. 474 p.
6. The theory of complex technical design of space-based systems: a tutorial / M. K. Sapego [et al.]. St. Petersburg. : NGO «Professional», 2012. 560 p.
7. A three-dimensional mathematical model of stressedly-deformed state of large-sized composite detail view of the spacecraft design / I. I. Dementev [et al.] // Almanac of modern science and education. 2015. № 1 (91). P. 39-48.
© Атамасов В. Д., Дементьев И. И., Устинов А. Н., 2016
УДК 629.7.02
АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ДЕМПФЕРА И ДИНАМИЧЕСКОГО ГАСИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ ЖИДКОСТНОЙ РАКЕТЫ
Е. О. Бабинова, Л. А. Семёнова
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: semenova@sibsau.ru
Представлен анализ применения гидравлического демпфера и динамического гасителя колебаний для ракеты типа «Зенит» с экологичным топливом, дано сравнение результатов расчета.
Ключевые слова: динамический гаситель колебаний, продольная неустойчивость, демпфирующее устройство.
проектирование и производство летательных, аппаратов, космические исследования и проекты
ANALYSIS OF THE USE OF A HYDRAULIC DAMPER AND DYNAMIC VIBRATION ABSORBER FOR LIQUID-FUELLED ROCKET
E. O. Babinova, L. A. Semyonova
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: semenova@sibsau.ru
The research demonstrates an analysis of using a hydraulic damper and dynamic vibration absorber for a rocket tandem layout of "Zenit" with eco-friendly fuel, it contains the comparison of the calculation results.
Keywords: dynamic damper, dynamic longitudinal instability damping device.
При проектировании жидкостных ракет в расчётах на прочность необходимо учитывать динамическую продольную неустойчивость. Это явление характерно для жидкостных ракет. Для решения проблемы применяют различные методы. Некоторые из них - это установка гидравлического демпфирующего устройства (далее - ГДУ) в топливной магистрали [1; 2] и использование динамического гасителя колебаний (далее - ДГК). Гидравлическое демпфирующее устройство устанавливают в питающую магистраль на входе в двигательную установку для снижения собственных колебаний жидкости в трубопроводе. Динамический гаситель колебаний обычно настраивают на одну определённую частоту, которую он «компенсирует» и полностью исключает, но он имеет ряд недостатков, например сложность настройки самого гасителя, сложность расчёта резонансной частоты, бесполезность при возникновении частот, не попадающих в диапазон его действия [3]. Кроме того, ДГК должен иметь должен иметь большую массу, и чем больше масса, тем больше его эффективность. Но для ракетно-космической техники масса ракеты - один из важнейших критериев, и при увеличении массы конструкции (при неизменной стартовой массе) уменьшается масса полезного груза. Динамический гаситель колебаний можно устанавливать на уже готовое изделие, в отличие от ГДУ, которое необходимо заранее включать в расчёт конструкции.
При проведении расчётов задавались гипотетической ракетой типа «Зенит» - двухступенчатая ракета с разгонным блоком (3-й ступенью) с конструктивно-компоновочной схемой «Тандем». Двигатель первой ступени - жидкостный, двухкомпонентный, топливная пара: жидкий кислород - сжиженный природный газ. При выборе топливной пары были учтены современные тенденции и стремление к повышению эколо-гичности производства и использования. Общая масса ракеты около 460 тонн с учётом полезной нагрузки в 15 тонн; выбиралась расчетная схема и математическая модель [4].
Расчёт проведен методом «замораживания коэффициентов» [5]. Вычисления проводились для нескольких схем, которые отличались наличием либо отсутствием конструктивных элементов: а) схема ракеты без специальных приспособлений; б) схема ракеты с ГДУ, который был расположен в конце топливной магистрали («нижний способ» [1]); в) схема ракеты с ДГК, расположенным в том же месте, где и
ГДУ. Определены собственные и резонансные частоты ракеты для всех схем.
По результатам расчётов было определено, что применение ГДУ более эффективно, чем динамического гасителя колебаний.
Библиографические ссылки
1. Аринчев С. В. Теория колебаний неконсервативных систем : учеб. пособие для вузов. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. 464 с.
2. Конечноэлементный анализ резонансных режимов топливоподающего тракта ракеты / С. В. Фи-липковский, К. В. Аврамов [Электронный ресурс]. URL: http://www.nbuv.gov.ua/oldJrn/natural/Vcpi/dim/ 2009_30 /20093026.pdf (дата обращения: 16.09.2016).
3. Коренев Б. Г., Резников Л. М. Динамические гасители колебаний: Теория и технические приложения. М. : Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. 304 с.
4. Моделирование в задачах вибропрочности конструкций ракетно-космической техники / И. М. Без-мозгий, А. Н. Софинский, А. Г. Чернягин // Космическая техника и технологии. 2014. № 3(6). С. 71-80.
5. Колесников К. С. Динамика ракет : учебник для вузов. 2-е изд., испр. и доп. М. : Машиностроение, 2003. 520 с.
References
1. Arinchev S. V. Teoriya kolebaniy nekonservativnykh sistem. [Theory of oscillations of nonconservative systems]. Moscow : MGTU im. N. E. Baumana, 2002. 464 p.
2. Filipkovskij S. V., Avramov K. V. [Finite element analysis of resonant modes of the fuel feed path of the rocket]. Avaible at: http://www.nbuv.gov.ua/old_jrn/ natural/Vcpi/dim/2009_30/20093026.pdf (accessed: 16.09.2016).
3. Korenev B. G., Reznikov L. M. Dinamicheskie gasiteli kolebaniy: Teoriya i tekhnicheskie prilozheniya. [Dynamic vibration absorbers: Theory and technical applications]. Moscow : Nauka Publ., Gl. red. fiz.-mat. lit., 1988. 304 p.
4. Bezmozgiy I. M., Sofinskiy A. N., Chernyagin A. G. [The simulation in problems of vibration strength of rocket and space hardware] // Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii. 2014. No 3(6). P. 71-80 (In Russ.).
5. Kolesnikov K. S. Dinamika raket. [Dynamics of rockets]. Moscow : Mashinostroenie Publ., 2003. 520 p.
© Бабинова E. О., Семёнова Л. А., 2016
