CC BY
18Решетневскуе чтения. 2014
УДК 629.7.036.621
НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ТЕЧЕНИЯ В ПОЛОСТЯХ ВРАЩЕНИЯ ВЫСОКООБОРОТНЫХ ГИДРОМАШИН*
Е. М. Краева
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: EM-Kraeva@yandex.ru
Рассмотрены проблемы турбулентной неравномерности потока в высокооборотных гидромашинах, приводящие к появлению пульсационной составляющей давления в полостях вращения. Получены зависимости относительных пульсаций давления от объемного расхода жидкости через полость турбомашины, показывающие, что с увеличением расхода пульсации давления также увеличиваются. Проведен анализ осциллограмм, подтверждающий экспериментальные результаты.
Ключевые слова: гидромашина, гидродинамическая нестационарность, пульсации давления.
NONSTATIONARY FLOWS IN CAVITIES OF ROTATION OF HIGH SPEED HYDROMACHINES
E. M. Kraeva
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. E-mail: EM-Kraeva@yandex.ru
We consider the problems of unevenness in a turbulent flow in high-speed hydromachines that lead to appearance of pressure fluctuations in rotation cavities. We have got the dependences of relative pressure fluctuations on volumetric flow rate through a cavity of a turbomachine. This shows increasing pressure pulsation within flow rate increases. The analysis of oscillograms that confirms the experimental results, was carried out.
Keywords: impeller, unseparated flow, pressure gradient, separation point.
Экспериментальные исследования в последнее время приобретают все большее значение при изучении структуры турбулентного потока. Важной задачей является изучение влияния на структуру турбулентного потока гидродинамической нестационарности, заключающейся в изменении расхода теплоносителя во времени. Такие процессы характерны для пусковых и переходных режимов работы турбонасосных агрегатов (ТНА) подачи рабочих тел жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Дальнейшее совершенствование высокооборотных гидромашин связано с решением проблем гидродинамической неустойчивости и структурными исследованиями нестационарности турбулентных течений в полостях вращения высокооборотных турбомашин [1]. Очевидно, что турбулентная неравномерность потока полуоткрытых рабочих колес приведет к появлению пульсационной составляющей давления в полостях между оребренным вращающимся рабочим колесом (РК) и стенкой корпуса насоса. Пульсации давления, возбуждаемые в потоке любым элементом гидравлического тракта, передаются в соседние полости, усиливаясь и ослабевая, и влияют на работу узлов и устройств насосного агрегата и их динамические характеристики. Например, «пички» давления, возникающие от вращения лопаточной поверхности РК насоса, вызывают колебания давления в соседних полостях, нарушают устойчивость работы торцового уплотнения, ухудшают охлаждение подшипника, изменяют величину и ха-
рактер осевой силы ротора. При наличии расхода жидкости через полость вращения пульсации давления, возникающие от вращения диска с лопатками, могут оказать существенное влияние на работу узлов и устройств, расположенных вблизи по валу турбо-машины. Это влияние может привести к нарушению их работы, а следовательно, и всего агрегата в целом.
Экспериментальное исследование при измерении пульсаций давления на различных радиусах полости
вращения АР = 2АР/ показали, что при Я2 = 0,4 /ри
амплитуда относительных пульсаций давления достигает максимальной величины порядка АР и 0,3. При Я2 = 0,77 значение АР несколько превышает 10 %. Такое явление можно объяснить переносом энергии пульсаций давления с больших радиусов на меньшие из-за наличия расхода жидкости через полость. Получены зависимости относительных пульсаций давления от объемного расхода жидкости через полость турбомашины, показывающие, что с увеличением расхода V пульсации АР также увеличиваются.
Для оценки влияния осевых биений РК на амплитуду пульсаций давления было установлено РК на вал с большим перекосом при а = 3 мм, А а = 1,05 мм.
* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ МК-1371.2013.8.
Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательныхаппаратов
По данным осциллограмм, зафиксировавших результаты этого эксперимента, необходимо отметить, что резонансные явления на этих осциллограммах проявляются более отчетливо, что позволяет предположить их связь в основном с осевыми биениями диска РК.
Библиографическая ссылка
1. Дзюбенко Б. В., Краев В. М., Мякочин А. С. Закономерности и расчет нестационарных турбулент-
ных течений и тепломассообмена в каналах энергетических установок. М. : МАИ-Принт, 2008. 384 с.
Reference
1. Dzubenko B. V., Kraev V. M., Myakochin A. S. Patterns and calculation of unsteady turbulent flow and heat and mass transfer in the channels of power plants: M. : MAI-PRINT, 2008. 384 c.
© Краева Е. М., 2014
УДК 629.78.01
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ НЕКОТОРЫХ УЗЛОВ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Г. Г. Крушенко1,2, В. В. Голованова3
1Институт вычислительного моделирования СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/44. E-mail: genry@icm.krasn.ru
2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
3Конструкторское бюро «Арсенал» имени М. Ф. Фрунзе Российская Федерация, 195009, Санкт-Петербург, ул. Комсомола, 1-3. E-mail: vasilin-a@rambler.ru
Описаны способы и средства регулирования теплового режима космического аппарата, а также балансировки некоторых его агрегатов, обеспечивающие надежность их работы, что, в свою очередь, гарантирует надежную работу космического аппарата на орбите.
Ключевые слова: космический аппарат, терморегулирование, балансировка, надежность.
IMPROVING THE RELIABILITY OF SOME NODES IN SPACECRAFT
G. G. Krushenko1, 2, V. V. Golovanova3
institute of Computational Modeling SB RAS 50/44, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation. E-mail: genry@icm.krasn.ru 2Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation 3Design Bureau "ARSENAL" named after M. V. Frunze 1-3, Komsomol str., St.-Petersburg, 195009, Russian Federation. E-mail: vasilin-a@rambler.ru
The ways and means to control the heating mode of the spacecraft are described; it is also shown that balancing some of its units ensures the reliability of their work, which, in turn, contributes to reliable operation of spacecraft in orbit.
Keywords: spacecraft, thermal management, load balancing, reliability.
Основным показателем качества космических аппаратов (КА) является их надежность, которая должна обеспечивать гарантийный срок активного существования (САС) КА на орбите. При этом САС зависит от надежной работы целого ряда систем и механизмов. В настоящей работе в качестве примера подхода к решению вопросов, связанных с необходимостью обеспечения САС, описаны способы и средства, касающиеся системы терморегулировании КА и балансировки некоторых его агрегатов.
С целью обеспечения надежной работы на первом спутнике «ПС-1», запущенном 04. 10.1957 г. [1], использовалась система терморегулирования, при которой тепловой режим внутри его объема обеспечивался
вентилятором, включавшимся от термореле при температуре, равной или выше 30 °С. При этом циркулирующий в системе терморегулирования азот осуществлял передачу тепла полуоболочке, излучавшей избыток тепла в космическое пространство [2]. САС спутника ПС-1 на орбите уже составил 3 месяца. А 17.04.2000 г. состоялся запуск спутника SESAT-1, САС которого по состоянию на 18 апреля 2010 года составил 10 лет. SESAT-1 стал базой для разработки и изготовления КА серии «Экспресс» [3]. Согласно Техническим требованиям к КА «Экспресс АМУ2» [4], запуск которого запланирован на 2016 г. [5], предусмотрен срок его активного существования не менее 15 лет. SESAT-1 был построен на базе герметич-
