Постановка задачи уменьшения остатков жидкого токсичного топлива в баках отделяющейся части ступени ракеты на основе их газификации и разложения до нетоксичных составляющих и выброса в окружающее пространство на участок ее полета до падения в зону отчуждения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

в и трушляков, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

в. в. шалаи

Омгту УМЕНЬШЕНИЯ ОСТАТКОВ

удк 629 76 жиДкого ТОКСИЧНОГО ТОПЛИВА В БАКАХ ОТДЕЛЯЮЩЕЙСЯ ЧАСТИ СТУПЕНИ РАКЕТЫ НА ОСНОВЕ ИХ ГАЗИФИКАЦИИ И РАЗЛОЖЕНИЯ ДО НЕТОКСИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ И ВЫБРОСА В ОКРУЖАЮЩЕЕ ПРОСТРАНСТВО НА УЧАСТОК ЕЕ ПОЛЕТА ДО ПАДЕНИЯ В ЗОНУ ОТЧУЖДЕНИЯ_

РАССМОТРЕНА ПРОБЛЕМА УМЕНЬШЕНИЯ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ РАКЕТНЫХ СРЕДСТВ ВЫВЕДЕНИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ.

В момент времени 1=^ координаты и скорости движения центра масс и вокруг масс отделяющейся части (04), соответствующие процессу завершения разделения ступеней (срабатывание двигателей разделения ступеней, окончание воздействия факела двигателя следующей ступени) в стартовой системе координат имеют вид [1]

(1)

V* =Упр1+А¥\ ¥[=М>пр1+д¥

Т1=Упр1+ДТ*, У1=Упр1+дУ

где Й-рУ, - координаты и скорости движения центра масс

04,

°пр1 ■ УПр1 -упр1 ^пр1 •Ч'пр! .ТПр1 - программные значения углов и скоростей 04 на момент времени разделения ступеней ^ да* ; да*> ду*; , ду*, Ау* - приращения углов

и скоростей 04, полученные на интервале (1крс, 1,) и носят случайный характер и обусловлены наличием разброса тяг двигателей разделения, воздействием факела двигателя последующей ступени, разбросом центровки 04 как "сухой" конструкции, так и неопределенностью положения остатков топлива в баках 04 на момент приложения импульсов разделения, импульса последействия двигателя и т.д. [1].

Время пассивного полета 04 от момента времени 4 = 1, до падения в зону отчуждения представим в виде

<1 = Т,^. (2)

где Т, - время движения 04 на внеатмосферном участке полета, Т2 - время движения 04 на атмосферном участке, где на 04 воздействует аэродинамическое и тепловое на-гружение.

В баках горючего и окислителя 04 на момент времени I = I, находятся остатки компонентов ракетного топлива (КРТ)

* _ ^

Аток = Дток + Дток • *

Дтгор = Дтгор + Дтгор, где Ашок,ДтГОр. известные среднестатистические ве-

личины, определяются с заданной вероятностью и обусловлены недозабором топлива в баках, заливкой магистралей, пленкой на стенках баков и т.д., Дт0К,ДшГ0р-случайные величины для каждого пуска ракеты и определяются точностью работы системы управления расходованием топлива, фактическими характеристиками двигателя, состоянием атмосферы и т.д. Фактически это гарантийные запасы. Известны их величины, которые должны (возможно) быть израсходованы в конкретном полете [2].

После разделения ступеней, сопровождающихся падением до нуля осевой перегрузки, резкими возвратными упругими деформациями нижних днищ баков, обратными перегрузками, состояние топлива в баках не определено. Имеет место газожидкостная смесь с неопределенными краевыми условиями, и математическое описание динамики ее системы практически невозможно [3,4].

Для решения проблемы снижения техногенного воздействия ракет на токсичном КРТ в районах падения 04 необходимо, начиная с момента времени

t = t, + At1, (4)

где Д t - интервал времени, на котором обеспечивается переход остатков жидких КРТ в баках неопределенного положения в заданное, а угловое положение 04 - в положение, определяемое:

дпр2^пр2'Ч'пр2>пр2Лпр2^пр2 , (5) и обеспечивающее стабилизацию 04 в заданном положении и минимальное аэродинамическое нагружение на атмосферном участке пассивного полета.

Обеспечить газификацию максимального количества остатков КРТ (3), например, горючего, и температурное их разложение до нетоксичных составляющих £,. [4]

где V. - плотности и объемы Е, -х газовых составляющих продуктов теплового разложения горючего,

N - количество разложенных газовых составляющих, Тр - температура, при которой обеспечивается устойчивый стационарный процесс разложения остатков КРТ, при этом токсичность газовых составляющих Z не выше заданной ПДК на соответствующих высотах полета 04

Z ■(^1)SZi«(h), (7)

где Z. ;шл(Ь) - предельно допустимая концентрация выброса газовой составляющей ^ для конкретной высоты полета 04, при этом

(0) >> г.мд Ri, (8)

где R - текущие координаты полета 04.

Тепловое нагружение бака и всей конструкции 04, обусловленное прохождением процесса газификации и обезвреживания (разложение до нетоксичных составляющих), не должно превышать допустимых, определяемых прочностью конструкции с учетом теплового и аэродинамического нагружения на атмосферном участке полета 04 [6]

QaW^-^0"' О)

где Qa3Poj " тепловое нагружение 04, обусловленное воздействием атмосферы, Q(Tp) - тепловое нагружение04,

обусловленное процессом газификации и обезвреживания жидких остатков КРТ, а весь процесс газификации и обезвреживания должен закончиться до заданной высоты

h(t)> hH> 0 , (10) где hK - предельно допустимая высота на которой должен закончиться процесс. Сформулированную общую проблему из-за чрезвычайной сложности процессов, их нелинейного и стохастического характера, неопределенности граничных условий и ряда констант реакций решить прямыми методами не представляется возможным. Для решения поставленной проблемы предлагается провести ее декомпозицию на ряд проблем, допускающих их решение с последующим учетом взаимовлияния друг на друга.

1° Обеспечение детермированного положения остатков (3) КРТ в баке ОЧ и формирование параметров движения 04, обеспечивающих требуемую динамику остатков КРТ и 04 в плотных слоях атмосферы, т.е. обеспечение условий (4), (5), (9).

2° Обеспечение условий газификации остатков КРТ (3), их обезвреживание до нетоксичных составляющих (6), (7) и выброс в окружающее пространство на пассивном участке полета до h=hK, т.е. реализацию условий (7), (8), (10).

3° Разработка рекомендаций для выбора проектно-кон-структивных параметров бортовой системы обезвреживания, обеспечивающих условия (3)-(10) и минимизацию стоимости ее разработки и эксплуатации.

Решение каждой из декомпозированных проблем предлагается проводить на основе теоретико-экспериментальных исследований, разработки частных математических моделей и методик программ экспериментов, экспериментальных установок, численного и физического моделирования процессов, подтверждения достоверности полученных в экспериментах результатов.

в. и. кузнецов, в. в. макаров

Омский государственный технический университет

удк 533.601

Для шелушения зерна чаще всего используются устройства с дисковыми, цилиндрическими или дековыми рабочими органами [1,2]. Недостатком этих устройств является то, что они не предотвращают механических повреждений зерна. Существуют также шелушители, рабочим органом которых являются воздуховоды, изнутри покрытые наждачной массой [3]. В таких шелушителях часть зерна разрушается при трении о наждачную массу и идет в отхо-

При решении проблемы 1° необходимо проведение физического моделирования на базе стендов невесомости процессов гидродинамики остатков КРТ на участке разделения ступеней, определение параметров программного движения 04, обеспечивающих заданное положение остатков КРТ и ориентацию 04 при входе в плотные слои атмосферы.

При решении проблемы 2° необходима разработка тео-ретико-экспериментапьных методик взаимодействия остатков КРТ горючего в условиях невесомости и при несте-хиометрическом их соотношении, разработке усредненных и распределенных методик по оценке параметров взаимодействия струй окислителя на сформированный слой горючего (решение проблемы 1°), определение необходимых констант химических реакций, оценке токсичности продуктов сгорания !;..

При решении проблемы 3° необходима разработка методики распределенного теплового нагружения бака 04 и, соответственно, всей конструкции 04 при реализации процесса газификации остатков КРТ с учетом конкретных условий подачи окислителя (параметры форсунок, секундный расход, направления подачи, диаметры клапанов дренажа и т.д.).

Достоверность разработанных математических моделей должна быть экспериментально и теоретически подтверждена на основе сравнения с модельными теоретическими результатами и физического моделирования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Колесников К,С, и др. Динамика разделения ступе-нейЛД-М.: 1997.

2. Лебедев A.A., Горасюта М.Р. Баллистика ракет. -М.: 1975.-244 с.

3. Гидромеханика невесомости. -М.: 1976.

4. Повецкий A.C., Любин Л.Л. Основы динамики и тепломассообмена жидкости и газа при невесомости. — М.: 1972. -250 с.

5. Химия и технология обезвреживания несимметричного диметилгидразина./ Под ред. В.Ф. Плехоткина. - Л.: ГИПХ, 1980.-187 с.

6. Зарубин B.C. Температурные поля в конструкции летательных аппаратов. 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1978. -184 с.

ТРУШЛЯКОВ Валерий Иванович - доктор технических наук, профессор, проректор по научной работе

ШАЛАЙ Виктор Владимирович-кандидат техн. наук, доцент кафедры "Автоматические установки"

ды. Известна конструкция шелушителя зерновых материалов, в которой зерно подвергают воздействию воздушного потока со сверхзвуковой скоростью, а затем воздействию ударной волны [4]. Недостатком этого способа шелушения является также большой процент разрушенного зерна из-за механических повреждений.

Предлагается устройство (рис.1), созданное на основе вихревой трубы, работающей в режиме вихревого эжектора.

ВИХРЕВОЙ ШЕЛУШИТЕЛЬ

СТАТЬЯ ПОСВЯЩЕНА ВИХРЕВОМУ ШЕЛУШИТЕЛЮ ЗЕРНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ КОТОРОГО ОСНОВАН НА ТОМ, ЧТО ЗЕРНО ПОДВЕРГАЮТ ВОЗДЕЙСТВИЮ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ. УСТРОЙСТВО ОТЛИЧАЮТ ПРОСТОТА И НАДЕЖНОСТЬ, НИЗКАЯ СТОИМОСТЬ И РАСХОДЫ НА ЕГО ОБСЛУЖИВАНИЕ, БОЛЬШОЙ РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬ БЛАГОДАРЯ ОТСУТСТВИЮ ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСТЕЙ, НЕ ТРЕБУЕТ ВЫСОКОКВАЛИФИЦИРОВАННОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ.