CC BY
66
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 621.454.3
И.А. Кашина
ассистент преподавателя, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский
политехнический университет»
А.Ф. Сальников
д-р техн. наук, профессор кафедры «РКТ и ЭУ», ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский
политехнический университет»
ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛОВ РДТТ НА УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ АКУСТИЧЕСКОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ
Аннотация. В работе проводится построение инженерной методики, которая бы позволила на стадии проектирования ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ) оценить влияние летательного аппарата и конструктивных элементов РДТТ на возможность возникновения продольной акустической неустойчивости из-за усиления колебаний давления в камере сгорания ракетного двигателя.
Ключевые слова: ракетные двигатели на твердом топливе, продольная акустическая неустойчивость, камера сгорания, коэффициент динамического усиления.
I. Kashina, Lecturer Assistant, Perm national research polytechnic university
А. Salnikov, Doctor of Engineering Science, Professor, Perm national research polytechnic university
ENGINEERING RESEARCH METHODOLOGY OF THE IMPACT ASSESSMENT OF DYNAMIC
COUPLING OF STRUCTURAL ELEMENTS AND SOLID PROPELLANT ROCKET ENGINE
PARTS AT THE CONDITIONS OF ACOUSTIC INSTABILITY ORIGIN
Abstract. In this research it is described the composition of engineering methodology, which could allow to estimate the impact of aircraft and solid propellant rocket engine elements at solid propellant rocket engine design stage on the possibility of longitudinal acoustic instability origin due to amplification of rocket engine chamber pressure roughness.
Keywords: solid propellant rocket engine, longitudinal acoustic instability, chamber, dynamic amplification factor.
Исследование влияния динамического взаимодействия конструктивных элементов и узлов ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ) на условия возникновения продольной акустической неустойчивости является актуальным в области оценки работоспособности вновь проектируемых и отрабатываемых РДТТ. Как правило, такие исследования выполняются на стадии проектных работ для снижения негативного влияния возможного возникновения продольной акустической неустойчивости в камере сгорания разрабатываемого двигателя. Существуют математические основы, необхо-
димые для обоснования методов анализа акустической неустойчивости РДТТ в данной области [1, 2].
В процессе разработки либо усовершенствования РДТТ инженеры-проектировщики, как правило, используют новые элементы и конструктивные решения. Прогнозирование их роли в продольной акустической неустойчивости достаточно проблематично, даже при наличии высокопроизводительных электронно-вычислительных комплексов и значительно оснащенной базой исследовательского комплекса. РДТТ имеет свои специфические, присущие только ему, характеристики, проявление которых накладывает на двигатель особые отличительные черты в реализации его свойств.
На рис. 1 представлена схема взаимодействия источников акустических колебаний в камере сгорания РДТТ.
В работе [3] проведен анализ резонансного взаимодействия собственных акустических колебаний элементов конструкции РДТТ.
На стадии проектирования при выборе конструктивного материала корпуса и твердого топлива необходимо учитывать следующее:
1. Собственные частотные характеристики конструкции камеры сгорания - корпуса с топливным зарядом (вид крепления) - газовой полости. Поскольку конструктивные элементы и материалы предопределяют собственный частотный диапазон изделия в целом.
2. Частотный диапазон функции чувствительности твердого топлива, как основного элемента в решении проблемы продольной акустической неустойчивости.
3. Моды колебаний проточной части камеры сгорания проектируемого двигателя.
Рисунок 1 - Схема взаимодействия источника акустических колебаний
в камере сгорания РДТТ
При совпадении частотных диапазонов хотя бы двух выше перечисленных характеристик колебательного процесса вероятность возникновения продольной акустической неустойчивости работы РДТТ становится очень высокой.
При рассмотрение проблемы продольной акустической неустойчивости РДТТ (рис. 2), необходимо понимать не только соблюдение последовательности выполнения работ по этапам, но и отслеживания за порядком их проведения внутри конкретного этапа.
П юдольная акустическая неустойчивость
Аналитические методы оценки Физические методы оценки Натурные исследования
Акустика Газодинамика Математическое моделирование Горение Модельные РДТТ Моделирование на «холодном» Огневые стендовые и летные испытания натурного двигателя
Построение алгоритма продольной неустойчивости
Выдача рекомендаций
Рисунок 2 - Схема оценки двигателя на продольную акустическую неустойчивость
В работе была разработана инженерная методика оценки влияния динамического взаимодействия конструктивных элементов и узлов РДТТ на условия возникновения продольной акустической неустойчивости рис. 3.
Рисунок 3 - Этапы оценки влияния динамического взаимодействия конструктивных элементов и узлов РДТТ на условия возникновения продольной акустической неустойчивости
Коэффициент динамического взаимодействия п конструктивных элементов и узлов РДТТ находится из соотношения:
п = ■
1 -
2Л
\ат j
где шк - собственная частота корпуса РДТТ; шт - собственная частота топлива РДТТ; - вязкость материала корпуса РДТТ.
Далее строится временная зависимость коэффициента динамического взаимодействия конструктивных элементов РДТТ (рис. 4) и определяется зона низкочастотной продольной акустической неустойчивости (НАН).
Рисунок 4 - Временная зависимость коэффициента динамического взаимодействия
конструктивных элементов РДТТ
Проведенные исследования по оценке коэффициента динамического взаимодействия конструктивных элементов РДТТ с газовой полостью камеры сгорания позволяют выявить временные зоны работы двигателя, когда могут усиливаться амплитуды колебаний давления в камере сгорания за счет данного взаимодействия.
1
Список литературы:
1. Вибрации в технике, справочник в 6 томах. Под ред. К.В. Фролова - М.: Машиностроение, 1981 - Т.6. Защита от вибрации и ударов. 456 с.
2. Ильгамов М.А., Иванов В.А., Гулин Б.В. Расчет оболочек с упругим заполнителем. - М.: Наука, 1987. - 260 с.
3. Кашина И.А.,Сальников А.Ф.Исследование резонансного взаимодействия конструктивных элементов системы РДТТ // Журнал «Вестник РГАТА имени П. А. Соловьева». №1(22) - Рыбинск, 2012. - С. 17-22.
List of references:
1. Frolov K.V. Vibracii v tehnike, spravochnik v 6 tomah, Moscow, 1981, 456 p.
2. Il'gamov M.A., Ivanov V.A., Gulin B.V. Raschet obolochek s uprugim zapolnitelem, Moscow, 1987,260 p.
3. Kashina I.A., Sal'nikov A.F. Issledovanie rezonansnogo vzaimodejstvija konstruktivnyh jelemen-tov sistemy RDTT. Zhurnal «Vestnik RGATA imeni P.A. Solov'eva», 2012, no.1(22), pp.17-22.
