CC BY
18<Тешетневс^ие чтения. 2016
УДК 621.45.044
К ВОПРОСУ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БОЛЬШЕРАЗМЕРНЫХ ДИАФРАГМ-РАЗДЕЛИТЕЛЕЙ
Я. Ю. Бакулин, В. Ю. Журавлев
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассмотрены части существующих методик проектирования большеразмерных диафрагм-разделителей жидкостных ракетных двигателей. Изучены проблемы при проектировании данного типа диафрагм, а также рассмотрена возможность создания математической модели расчета.
Ключевые слова: диафрагма-разделитель, ЖРД.
TO THE ISSUE OF DESIGN OF LARGE DIAPHRAGMS-SEPARATOR Ya. Y. Bakulin, V. Yu. Zhuravlyov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The article discusses parts of the existing methods of designing large diaphragm- separator of liquid rocket engines. The research studies the problem in the design of this type of diaphragms, as well as it considers a possibility of creating a mathematical model calculation.
Keywords: diaphragm-separator LRE.
Развитие ракетно-космической техники требует обеспечения надежности функционирования жидкостных ракетных двигателей при увеличении их тяги и ресурса работы. Для гарантированного запуска и работы ракетного двигателя в условиях невесомости необходимо обеспечить бесперебойную подачу компонента в двигатель в жидкой фазе, что обеспечивается разделением жидкой и газообразной фаз механическим способом. Для решения данной задачи применяются металлические пластически выворачивающиеся разделители, вытесняющие компонент из бака [1].
Выворачивающиеся металлические разделители обеспечивают долговечность конструкции при контакте с химически активными компонентами топлива, они просты в конструктивном выполнении, технологичны, их весовые характеристики близки к характеристикам баков с неметаллическими разделителями.
Данный способ подачи компонентов топлива с успехом применяется как в базовых модулях, разгонных блоках ракетостроения, так и в системах ориентации, маневрирования и маршевых двигателях космических аппаратов.
Для решения поставленных задач определяющим фактором является количество полезной нагрузки, которую ракета может доставить до цели, или срок существования космического аппарата. Для решения поставленных задач необходимо иметь достаточное количество топлива в баках. Для этих целей создаются большеразмерные баки с диафрагмами с цилиндрическим участком образующей или с увеличенным размером в поперечном сечении свыше 500 мм [2].
Расчет оболочек конкретно такого типа еще не был исследован и описан ранее. Также отсутствует математическая модель, позволяющая точно опреде-
лять параметры при проектировании такого типа диафрагм.
Наиболее распространенной схемой при проектировании и реальном изготовлении баков с металлическими выворачивающимися разделителями является схема симметричного выворачивания при положительной деформации параллели. Кинематика процесса свободного выворачивания при положительной деформации параллели представляется как процесс перекатывания тора по поверхности разделителя в относительном движении. Деформируется только область торовой поверхности разделителя. Диафрагму-разделитель можно условно разделить на три зоны. Торовую поверхность называют зоной перекатывания, она делит оставшуюся часть разделителя на две зоны, перемещающиеся параллельно оси деформации в разных направлениях относительно друг друга. Процесс деформации осесимметричен, осесиммет-ричны и связанные с ним перемещения. Поэтому возможно рассматривать процесс деформации в плоскости меридионального сечения, ограниченной осью симметрии.
Для моделирования процесса выворачивания разделителей была разработана программа, позволяющая подбирать начальную форму разделителя для любого типа осесимметричного бака [3]. При математическом расчете данных оболочек было отмечено, что на различных графиках зависимостей параметров выворачивания присутствуют участки с существенными изломами (см. рисунок), что свидетельствует об изменениях в математической модели параметров выворачивания на границах разных форм участков образующей. Также обнаружены расхождения математической модели, созданной для разделителей радиусом
¡Проектирование, производство и испытания двигателей летательных, аппаратов
до 300 мм, и параметров реальных процессов в разделителях радиусом более 500 мм.
График зависимости параметров выворачивания
Данная работа направлена на анализ физической модели пластического выворачивания большеразмер-ных диафрагм и определение основных зависимостей и отличий параметров выворачивания и проектирования большеразмерных диафрагмам от диафрагм малого радиуса.
Библиографические ссылки
1. Ефремов В. Н., Журавлев В. Ю., Якубович О. П. Разделители топливных баков с отрицательной де-
формацией параллели : монография / Сиб. гос. аэро-космич. ун-т. Красноярск, 2005. 95 с.
2. Кубриков М. В., Журавлев В. Ю. Проектирование диафрагм-разделителей удлиненных топливных баков // Вестник СибГАУ. 2010. № 4 (30). С. 105-108.
3. Ефремов В. Н., Журавлев В. Ю., Ефремов К. В., Мясников С. П. Математическая модель процесса выворачивания металлических разделителей топливных баков // Вестник СибГАУ. 2005. № 3. С. 127-129.
References
1. Efremov V. N., Zhuravlev V. Y., Yakubovich O. P. Separators fuel tanks with negative deformation parallel : monograph / Feder. Agency for Education, Reshetnev Siberian State Aerospace University. Krasnoyarsk, 2005. 95. p.
2. Kubrikov M. V., Zhuravlev V. Y. Designing diaphragm separator elongated fuel tanks // Vestnik of the Reshetnev Siberian State Aerospace University. 2010. № 4 (30). P. 105-108.
3. Efremov V. N., Zhuravlev V. Y., Efremov K. V., Myasnikov S. P. A mathematical model of a reversing metal separators of fuel tanks // Vestnik of the Reshetnev Siberian State Aerospace University. 2005. № 3. P. 127-129.
© Бакулин Я. Ю., Журавлев В. Ю., 2016
УДК 621.454
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КЛИНОВОЗДУШНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
А. М. Бегишев, А. С. Торгашин, А. П. Попова, М. В. Кубриков
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассматриваются конструктивные особенности клиновоздушного ракетного двигателя. Выявлены его особенности, достоинства и недостатки. Проведен анализ конструкции двигателя и представлены его преимущества.
Ключевые слова: клиновоздушный ракетный двигатель, тяга, сопло.
PROSPECTS OF USING AEROSPIKE ENGINE
A. M. Begishev, A. S. Torgashin, A. P. Popova, M. V. Kubrikov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The research describes design features of aerospike engine. Specific properties, dignity, disadvantages of the engine are identified. The article analyses engine design and it proposes its advantages.
Keywords: aerospike engine, engine thrust, nozzle.
Клиновоздушный ракетный двигатель (КВРД) -это тип жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) с клиновидным соплом, особенностью которого является поддержание аэродинамической эффективности в
широком диапазоне высот при разном давлении атмосферы над поверхностью Земли [1].
КВРД принадлежит к классу ракетных двигателей, сопла которых способны изменять давление исте-
