Конструктивно-технологические факторы стабильности энергетических параметров турбонасосных агрегатов ракетных двигателей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Библиографические ссылки

1. Боровский Б. И. Расчет гидротурбопривода и бустерного насоса. М. : МАИ, 1988.

2. Овсянников Б. В., Боровский Б. И. Теория и расчёт агрегатов питания ЖРД. М. : Машиностроение, 1986.

3. Назаров В. П., Назарова Л. П., Краев М. В. Технология сборки и испытаний насосов жидкостных ракетных двигателей : учеб. пособие / под общ. ред. проф. М. В. Краева ; САА. Красноярск, 1993. 102 с.

4. Овсянников Б. В., Селифонов В. С., Черваков В. В. Расчет и проектирование шнекоцентробежного насоса. М., 1996.

5. Равикович Ю. А., Шабашев А. В. Проектирование ТНА ЖРД. М. : МАИ, 2004.

References

1. Borovskij B. I. Raschet gidroturboprivoda i busternogo nasosa. M. : MAI, 1988.

2. Ovsjannikov B. V., Borovskij B. I. Teorija i raschjot agregatov pitanija ZhRD. M. : Mashinostroenie, 1986.

3. Nazarov V. P., Nazarova L. P., Kraev M. V. Tehnologija sborki i ispytanij nasosov zhidkostnyh raketnyh dvigatelej : ucheb. posobie ; pod obshh. red. prof. M. V. Kraeva. SAA. Krasnojarsk, 1993. 102 s

4. Ovsjannikov B. V., Selifonov V. S., Chervakov V. V. Raschet i proektirovanie shnekocentrobezhnogo nasosa. M. 1996.

5. Ravikovich Ju. A., Shabashev A. V. Proektirovanie TNA ZhRD. M. : MAI, 2004.

© Меньщиков Е. Ю., Липатов Р. В., 2013

УДК 621.454

КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ СТАБИЛЬНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

В. П. Назаров, В. Г. Яцуненко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. E-mail: [email protected]

Рассмотрены основные конструктивно-технологические факторы, влияющие на энергетические параметры и характеристики турбоагрегатов ракетных двигателей.

Ключевые слова: ракетные двигатели, энергетические параметры.

CONSTRUCTIVE - TECHNOLOGICAL FACTORS OF STABILITY OF POWER PARAMETERS

IN ROCKET ENGINE TURBINEPUMP UNITS

V. P. Nasarov, V. G. Yatsunenko

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: nazarov@ sibsau.ru

The basic constructive - technological factors influencing the power parameters and the characteristics of turbine units of rocket engines are considered.

Keywords: rocket engines, power parameters.

Уровень эксплуатационно-технических характеристик двигательных установок современных летательных аппаратов (ЛА) определяется совокупностью функциональных, технологических и экономических показателей, обеспечивающих высокое качество изделий аэрокосмического назначения. Особенности применения ракетных двигателей (РД) в составе ракет-носителей и космических аппаратов обусловливают повышенные требования к надежности всех его структурных элементов и двигателя в целом [1].

Одним из факторов эксплуатационной надежности РД является стабильность энергетических параметров высокооборотных центробежных насосов системы подачи жидких компонентов топлива, контроль за состоянием которой осуществляется по результатам

модельных гидродинамических испытаний насосов и оценки разброса энергетических параметров (напора и КПД) в сравнении с их значениями, заданными техническими условиями.

В общем виде отклонения функционального параметра ЪЫ сложной гидравлической системы определяется погрешностью каждого влияющего элемента, значениями коэффициентов влияния и характером распределения погрешностей.

Относительное отклонение функционального параметра ЪЫ можно представить в виде

м; I $)

Решетневскуе чтения. 2013

где ^ - коэффициент относительного рассеяния; а1 -коэффициент влияния параметра на отклонение пара-

метра Ы; 5!

относительное изменение пара-

метра ц1.

Для высокоэнергетических насосов РД отклонение значения любого гидродинамического параметра обусловлено влиянием отклонений геометрических размеров деталей проточной части 5г, отклонений взаимного положения деталей из-за погрешностей при сборке насоса 5сб, погрешностей измерительного оборудования при испытаниях 5изм, погрешностей при поддержании заданного режима испытаний 5реж [2].

В таблице приведены четыре группы доминирующих факторов, оказывающих наиболее весомое влияние на отклонение энергетических параметров.

Из анализа приведенных данных следует, что стабилизация энергетических параметров может быть достигнута путем повышения точности изготовления деталей гидравлического тракта, снижения погрешностей при сборке насосов, повышения точности измерения и расчета контролируемых параметров при испытаниях агрегатов.

Статистические исследования показывают, что отклонения напора и КПД являются относительно малыми величинами. Тогда выражения для их оценки представим в форме параметрических зависимостей:

ЪН = ±Л/Ъ2Яг +82Нсб +52Нреж +52Низм;

\(

йН кт =

йН Б2

^о2 Я

у

ЪВ2

(

... +

йНУ йУН

/

Л2

йН ь V 'йь~Н

ЪЬ2

ЪУ

( йН ю

+....

+1 -

V й юН

Ъю

й Пкт =

й п Б.

П

2

ЪБ

... +

й ц¥ йУ п

/ Л2

ЪУ

й п Ь1 V йЬ2 п й пю

ЪЬ0

й юп

Ъю

ЪН = пг +Ъ2псб +Ъ2преж +Ъпизм .

В дифференциальной форме система исходных уравнений принимает вид

Здесь Б2, к2 . У , ю - геометрические, механические, гидравлические и иные параметры, характеризующие геометрические размеры проточной части насоса, взаимное положение деталей при сборке, условия гидродинамических испытаний и т. д. [3].

Экспериментальные исследования удельного вклада конструктивно-технологических факторов в отклонение энергетических параметров проводились методом эталонирования, при котором точечная оценка значения контролируемого параметра представляет собой результат обработки от 9 до 27 опытов, что позволило существенно повысить достоверность эксперимента.

Расчетные и экспериментальные значения суммарных отклонений энергетических параметров исследуемых насосов иллюстрированы гистограммами (см. рисунок).

В результате аналитических и экспериментальных исследований разработана методика расчета отклонений напора (5Н) и КПД (5п), учитывающая влияние конструктивно-технологических факторов на стабильность энергетических параметров центробежных насосов. Решение данной задачи способствует созданию ракетных двигателей высокого качества с заданным уровнем надежности.

Библиографические ссылки

1. Коломенцев А. И., Краев М. В., Назаров В. П., Черваков В. В., Яцуненко В. Г. Испытание и обеспче-ние надежности : учебник / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т ; Моск. авиац. ин-т. Красноярск, 2006. 336 с.

Факторы влияния Энергетические параметры

Напор, Н КПД, п

Влияние отклонений геометрических размеров проточной части насоса 5Ыг 40.60 % 5Пг 40.60 %

Влияние отклонений взаимного положения деталей при сборке 5Ысб 20.25 % 5псб 30.40 %

Влияние системы измерения 5Ыизм 25.30 % 5пизм 25.30 %

Влияние отклонений режима испытаний 5Ыреж 15.20 % 5преж 15.20 %

а б

Величина отклонений напора (а), КПД (б) по результатам расчета (р) и эксперимента (э)

2. Краев М. В., Назаров В. П., Яцуненко В. Г. Стабильность энергетических параметров турбонасосной системы как фактор надежности ракетного двигателя // Проблемы развития авиакосмической отрасли : материалы Республиканской науч.-техн. и производств. конф. Ташкент, 19-20 апр. 2007 г.

3. Назаров В. П. Численное моделирование отклонений энергетических параметров насосных агрегатов // Аэрокосмическая техника и высокие технологии -2000 : материалы Всерос. науч.-техн. конф. г. Пермь, 12-14 апреля 2000 г.

References

1. Kolomentsev A. I., Kraev M. V., Nazarov V. P., Chervakov V. V., Yatsunenko V. G. Test and

maintenance reliability : studies. ; Siberian State Aerospace University, Moscov. aircraft. institute. Krasnoyarsk, 2006. 336 р.

2. Kraev M. V., Nazarov V. P., Yatsunenko V. G. Stability of power parameters turbinepump systems as the factor of reliability of the rocket engine // the Problem of development of aerospace branch : Materials of Republican scientific and technical and industrial conference. Tashkent, on April, 19-20, 2007.

3. Nazarov V. P. Numerical modelling of devia-tions{rejections} of power parameters of pump units // Space technical equipment} and high technologies - 2000 : materials of the All-Russia scientific and technical conference «», Perm, on April, 12-14, 2000.

© Назаров В. П., Яцуненко В. Г., 2013

УДК 621.454.034

ОСОБЕННОСТИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА

В. Н. Рыбакова, А. С. Мехтиев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. E-mail: [email protected]

Рассматриваются особенности термодинамического расчета с использованием сжиженного природного газа.

Ключевые слова: сжиженный природный газ, метан, жидкий кислород, их физические свойства, основные параметры расчета параметров в камере сгорания.

PECULIARITIES OF CALCULATION OF THERMODYNAMIC ROCKET ENGINES USIING LIQUEFIED NATURAL GAS

V. N. Rybakova, A. S. Mekhtiev

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: [email protected]

The peculiarities of thermodynamic calculation using liquefied natural gas are considered.

Keywords: Liquefied natural gas, methane, liquid oxygen, their physical properties, basic parameters for calculating the parameters of the combustion chamber.

Ракетные двигатели за сравнительно короткий срок достигли значительного совершенства и весьма высоких, близких к пределу параметров, превысить которые можно, только применяя принципиально новые схемы энергопреобразования, материалы и технологии. Надежность и экологическая безопасность стали основными показателями качества проектируемых двигателей. Из схемных решений предпочтение отдается тем, в которых минимизируется число потенциально опасных агрегатов и увеличивается доля хорошо отработанных и показавших на практике высокую надежность технических решений с ориентацией на современные материалы и технологии. В настоящее время продолжается развитие и совершенствование ракетных двигателей в направлении увеличения надежности, удельного импульса, уменьшения удельной массы,

снижения стоимости, снижения или устранения вредного экологического воздействия на окружающую среду. Одним из направлений совершенствования является разработка новых компонентов топлива.

К компонентам ракетных топлив предъявляются весьма разнообразные, многочисленные и порой противоречивые требования. Они не могут быть удовлетворены одновременно ни одним из известных химических веществ или их смесей. Но определяющим показателем при выборе ракетных топлив является их эффективность, основным показателем которой выступает удельный импульс [1].

Природный газ как горючее с начала космической эры привлекал к себе внимание двигателистов. Сжиженный природный газ (СПГ) на 90 % и более состоит из метана. Метан - бесцветный газ, без запаха, ма-