CC BY
26Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательных аппаратов
Для такой системы с регулированием пуском-остановкой компрессора была построена математическая модель, которая легла в основу программы расчета (рис. 2). В математической модели используются уравнения, описывающие рабочие процессы в основных элементах холодильной машины (теплообмен, сжатие в компрессоре, дросселирование), уравнения переходных процессов, описывающие изменение давления и температуры в теплообменниках по времени.
Ре»имы работы ХМ Ш^озфф^т™. Вт/К Исп^мт 22 «хаос 5 ^меи 5
. V км о.щюоб мЗ
Усопй 0.006 мЗ
,'г.-. 0.006 мЗ
ЦСТ 5 к
лет 0008 м
Нача1ыыеп*име№:-Юс 20 "С
рт 42:
И~">"»_
аытл при -22 2
ватпри -12 —
Загрузла
пир 2 ~
:-т. ¿000 ¡Ыи'К I Запуск. |
Рис. 2. Программа расчета режима работы малой ХМ
Для апробации созданной компьютерной программы была проведена серия экспериментальных исследований на стенде, сделанном на базе бытового морозильника «Бирюса-14» с рабочим телом R22 (рис. 3).
Сравнение расчетных и экспериментальных данных показало качественное совпадение изменений температур в системе, что позволяет сделать вывод о пригодности в целом основных физических допущений созданной модели и использовании ее как первого приближения поставленной задачи.
Библиографические ссылки
1. Вайнштейн В. Д., Канторович В. И. Низкотемпературные холодильные установки. М. : Пищевая пром-сть, 1972. С. 169-171.
2. Оносовский В. В. Моделирование и оптимизация холодильных установок : учеб. пособие. Л. : Изд-во Ленингр. ун-та, 1990.
Рис. 3. Экспериментальные временные зависимости температур в холодильной камере, конденсаторе и окружающей среде
A. A. Khodenkov, A. V. Delkov, М. А. Kozlovtseva, F. V. Kharitonov, D. B. Sitnichuk Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
SIMULATION OF THE REFRIGERATING SYSTEM WITH «START-STOP» MODE OF A COMPRESSOR
The simulation of a small refrigeration unit performance is considered. The results of the specific and experimental study of refrigeration modes are presented.
© Ходенков А. А., Делков А. В., Козловцева М. А., Харитонов Ф. В., Ситничук Д. Б., 2012
УДК 621.438:621.675.001.2
А. А. Чернов, Д. А. Жуйков, М. И. Толстопятов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Рассмотрены особенности имитационного моделирования жидкостного ракетного двигателя, а также способы увеличения эффективности проектирования и анализа работы двигателя путем автоматизации процесса и использования в алгоритме полуаналитических выражений для расчета потерь.
На данный момент имитационное моделирование в ракетно-космической отрасли представляет большой интерес в связи с возможностью решать задачи, сопряженные с проектированием и анализом работы,
при этом сводя к минимуму затраты, связанные с проведением испытаний и экспериментов. Актуальность имитационного моделирования растет в связи с большими возможностями, предоставляемым пользовате-
Решетневскце чтения
лю современными средствами вычислительной техники, давая возможности реализации гибких и адекватных реальным процессам на основе математических моделей. Также актуально применение имитационного моделирования на раннем этапе моделирования двигательной установки, так как это позволит снизить вероятность принятия ошибочного решения.
В настоящее время на кафедре двигателей летательных аппаратов разработано программное обеспечение (ПО) [1] для конструктивного расчета шнеко-центробежного насоса (ШЦН), турбины и камеры двигателя, которое позволяет выполнить значительный объем конструкторских работ в сжатые сроки. Автоматизация проектирования позволяет получить более точные значения параметров, а также за небольшой промежуток времени провести расчет нескольких вариантов и выбрать из результатов наиболее соответствующий предъявленным требованиям.
В разработанном ПО расчет проходит в несколько этапов:
1. Расчет ШЦН. Для проектирования шнекоцен-тробежного насоса с использованием разработанного программного обеспечения необходимо задать свойства рабочей жидкости, массовый расход, давления на входе и выходе насоса, скорость вращения ротора, а также необходимо задать геометрические параметры шнека, такие как относительный диаметр втулки шнека, выбрать из предлагаемых диапазонов значения густоты решетки шнека, углы конусности шнека на входе и выходе. В результате расчета будут получены конструктивные параметры шнека и насоса, полный КПД ШЦН, кавитационный коэффициент быстроходности насоса, потребляемая и полезная мощность насоса.
2. Расчет активной турбины. Для проектирования турбины ПО использует результаты вычислений, полученные на предыдущем этапе; пользователь может задать давление газа на входе в турбину и на выходе из турбины, а также относительный радиальный зазор. Результатом расчета являются конструктивные параметры соплового аппарата турбины, абсолютная и относительная скорости движения газового потока, изменение температуры и давления газа в турбине, потери энергии в турбине, КПД, мощности турбины.
3. Расчет камеры двигателя. Используя данные, полученные на этапах 1 и 2, ПО переходит к расчету параметров в камере сгорания и на срезе сопла. Вре-зультате расчета являются конструктивные параметры камеры двигателя, действительный удельный импульс и тяга.
Программное обеспечение позволяет проводить расчеты в широких диапазонах исходных величин, что может быть использовано для нахождения параметров турбин, ШЦН и камер двигателей, соответствующих заданным техническим требованиям.
Особенностью разработанного ПО является возможность расчета работы шнекоцентробежного насоса на режимах, отличных от номинального, что позволяет выявить численные значения параметров, которые могут привести к срыву работы насоса, а следовательно, всей двигательной установки в целом. При моделировании работы турбины используется ветвление, в котором в зависимости от числа Маха на выходе соплового аппарата определяется коэффициент потерь энергии в сопловом аппарате по следующим формулам [2]:
- если MC1 < 0,9, то
Хс = 0,042857128• М^ -0,03599979• MC1 + 0,017942185;
- если 0,9 < МС1 < 1,4, то
Хс = 0,167857 • М2С1 - 0,32807143 • МС1 + 0,17922858;
- если МС1 > 1,4, то
Хс = 0,05.
Что, в свою очередь, позволяет более точно определить относительную площадь сверхзвуковой части сопла и, в конечном счете, тягу двигателя.
Использование данного программного обеспечения должно значительно сократить время, затрачиваемое на проектирование и анализ работы модели ЖРД, соответствующего заданным техническим требованиям. Разработанная имитационная модель позволяет анализировать и проводить исследования модели, разработанной в конструкторском ПО.
Библиографические ссылки
1. Имитационное моделирование работы шнеко-центробежного насоса / Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых специалистов : в 2 т. Т. 1. Технические науки. Информационные технологии. Сообщения школьников / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2012.
2. Овсянников Б. В., Боровский Б. И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. 3-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1986.
A. A. Chernov, D. A. Zhuikov, M. I. Tolstopyatov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
SIMULATION MODELINGOF THELRE
The featuresof simulationof liquidrocket engine (LRE), as well as ways to increasethe effectiveness ofthe design and analysisof the engineby automating the processand the useof semi-analyticexpressionsin the algorithmfor calculating thelosses.
© Чернов А. А., Жуйков Д. А., Толстопятов М. И., 2012
