Поведение и возмущающие влияния жидкого ракетного топлива на работу систем и конструкцию ракеты-носителя во время полета
Проблемы, связанные с возмущениями, происходящими с жидкими компонентами ракетного топлива в ракете-носителе во время полета и их возможные решения. Увеличение рассеивания энергии колеблющейся жидкости. Пружинно-массовая модель колебаний топлива.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.12.2019 |
| Размер файла | 180,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Оренбургский государственный университет
Поведение и возмущающие влияния жидкого ракетного топлива на работу систем и конструкцию ракеты-носителя во время полета
Шашков С.С.
Осипов Е.В.
Аннотация
Окислитель и горючее составляют подавляющую часть от всего веса ракеты-носителя (РН), и, как следствие этого, все динамические процессы, протекающие в топливных баках и магистралях, в значительной степени влияют на возбуждение колебаний конструкции ракеты и изменение ее центра масс.
В настоящей работе изложены проблемы, связанные с возмущениями, происходящими с жидкими компонентами ракетного топлива (КРТ) в ракете-носителе во время полета и их возможные решения.
Ключевые слова: динамические явления, демпфер, возмущение, жидкость, колебания.
Любое движение ракеты вызывает колебания и другие явления жидкостей, находящихся в системе ракеты-носителя. Возмущения происходят во всей топливной системе, включая как непосредственно топливные баки, так и трубопроводы. В следствие чего, возникают различные гейзерные, вибрационные и всплескивающие процессы с жидкостями КРТ. ракетный топливо энергия колебание
Гейзерный эффект
Возникает гейзерный эффект по причине перегрева при пониженном давлении столба жидкости. Интенсивный процесс парообразования выталкивает жидкость, создавая газовые пустоты. Они при подаче топлива под давлением могут спровоцировать пиковые давления, способные разрушить трубопроводы и элементы крепления клапанов. Существует ряд способов, способные частично или полностью избавиться от этого явления. К ним относят: теплоизоляцию топливной системы, переохлаждение компонента, надув баков инертным газом, использование обратных клапанов, подпитка, циркуляция компонента по двум трубопроводам [1-3].
Вибрации и всплескивание жидкости
Вибрацию рассматривают как явление, воздействующее на непосредственное движение РН. Вследствие линейных и угловых ускорений ракеты свободные поверхности жидкостей находятся в колебательном движении. Это может привести к изменению характеристик статической устойчивости РН и ухудшению качества стабилизации относительно ее центра масс, которое может менять свое положение. Воздействие жидкого наполнения на движение центра масс ракеты происходит вдоль нормали к невозмущенной траектории и определяется несимметричным распределением гидродинамического давления жидкости на стенки топливного бака.
Возникновение всплескивания обусловлено вибрацией и ускорением РН. Во всплескивании, как и в вибрации не вся масса жидкости вовлекается в возмущенный процесс и ее величина уменьшается с увеличением тона колебаний. Большие амплитуды всплескивания топлива в полете нарушают нормальные условия работы датчиков уровня и влияют на величину используемого остатка топлива в баках при выключении двигателя. Для уменьшения амплитуд всплескивания жидкости, вызванного динамическим возбуждением в полете должны применяться эффективные методы демпфирования.
Увеличение рассеивания энергии колеблющейся жидкости можно достигнуть при помощи кольцевых демпферов на внутренних стенках бака (рисунок 1). Однако его эффективность падает с увеличением заглубления d относительно свободной поверхности жидкости и возрастает при использовании в перегородках перфорированных поверхностей с большим количеством отверстий.
Рисунок 1-- Схема бака
На рисунке 1 под пунктом 1 изображена свободная поверхность жидкости, 2-невозмущенный уровень жидкости, 3-кольцевые демпферы.
Воздействие всплескивания жидкости на колебания конструкции ракеты обычно оцениваются в математической модели. В расчетах принимается, что самая низкая частота всплескивания в сравнении с большими имеет более значительное влияние; масса в свою очередь рассматривается как сосредоточенная на подвесе без трения. Таким образом, для решения каких-либо задач, связанных с определением динамических характеристик ракеты, в качестве топлива принимают эквивалентную твердую массу 1, чье перемещение относительно оси бака 3 контролируется безынерционной пружиной 2 (рисунок 2) [2].
Рисунок 2-- Пружинно-массовая модель колебаний топлива
Колебания давления на днище бака
Также для составления математической модели механических колебаний учитывают колебания давления на днище бака, которое обусловлено ускорением РН и величиной наддува. Оно же определяет движение жидкости в топливоподающем тракте. Скорость жидкости на входе в турбонасосный агрегат (ТНА) 1 (рисунок 3) не должна превышать критических значений.
Во избежание этого применяют сосредоточенную упругость 6, представляющую из себя некоторую газовую емкость 7, присоединенную к трубопроводу перед входом в ТНА. Если амплитуды продольных колебаний днища баков 5, 3 и трубопровода 2 различны, то это заставляет изменять длину и объем сильфона 4 и, следовательно, изменять скорость потока жидкости [4]. Стоит также отметить роль кавитации в ТНА. Она может оказаться основным источником возмущением. Нарушение сплошности потока КРТ на выходе из ТНА будет определять параметры колебаний давления на днище бака, и, как следствие, в трубопроводе.
Поведение жидкости в полете - крайне сложный образ взаимодействия, требующий наиболее глубокого внимания и изучения при проектировании систем ракет, где находится некоторый объем жидких веществ. В настоящее время наиболее эффективные методы гашения вибраций и колебаний не могут в полной мере быть использованы из-за высокой массы, поэтому разработчикам и конструкторам приходится идти на компромиссы, которые делают эти процессы не такими предсказуемыми, как могли бы быть.
Список литературы
1. Лебедев, А. А. Баллистика ракет: учеб. пособие / А.А. Лебедев, Н.Ф. Герасюта - Москва. - 1970. -244 с.
2. Динамика ракет: Учебник для студентов вузов / К.А. Абгарян и др.- М.: Академия - 2003. - 313 с.
3. Ринг Э. Двигательные установки ракет на жидком топливе / Э.Ринг - М.: Мир - 1966. -404 с.
4. Продольные автоколебания жидкостной ракеты / М.С. Натанзон // - Москва: Машиностроение - 1977. -208 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Общая характеристика и особенности утилизации отходов ракетного топлива, в состав которого входит нитрат аммония. Понятие, сущность, классы, состав и баллистические свойства твердого ракетного топлива, а также его и описание основных методик утилизации.
курсовая работа [56,9 K], добавлен 11.10.2010Исходные данные для расчета жидкостного ракетного двигателя. Выбор значений давления в камере и на срезе сопла, жидкостного ракетного топлива (ЖРТ). Определение параметров ЖРТ и его продуктов сгорания. Конструктивная схема, система запуска двигателя.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 07.09.2015Выбор твердого ракетного топлива и формы заряда ракетного двигателя, расчет их основных характеристик. Определение параметров воспламенителя и соплового блока. Вычисление изменения газового потока по длине сопла. Расчет элементов конструкции двигателя.
курсовая работа [329,8 K], добавлен 24.03.2013Состав, зольность и влажность твердого, жидкого и газообразного топлива. Объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания. Расход топлива котельного агрегата. Основные характеристики топочных устройств. Определение теплового баланса котельного устройства.
курсовая работа [108,9 K], добавлен 16.01.2015Назначение, область применения и классификация дизельного топлива. Основные этапы промышленного производства ДТ. Выбор номенклатуры показателей качества дизельного топлива. Зависимость вязкости топлива от температуры, степень чистоты, температура вспышки.
курсовая работа [760,9 K], добавлен 12.10.2011Технологические методы переработки твердого топлива. Переработка, крекинг, пиролиз нефти. Топливо, его значение и классификация. Газообразное топливо и его переработка. Деструктивная гидрогенизация - метод прямого получения искусственного жидкого топлива.
учебное пособие [312,3 K], добавлен 11.04.2010Общие сведения о методах контроля качества жидкого топлива. Классификация и оценка качества топлив. Основные методы оценки качества топлив. Стандартизация и аттестация качества топлив, организация контроля качества. Цетановое число и фракционный состав.
курсовая работа [75,0 K], добавлен 20.08.2012Проектирование технологического процесса сборки-сварки корпуса бака для топлива ракеты-носителя семейства "Анагара". Технико-конструктивное описание используемой технологической оснастки и используемого инструмента. Дефектоскопия сварных соединений.
курсовая работа [92,6 K], добавлен 20.11.2012Перспектива использования производных рапсового масла в качестве моторного топлива. Проблемы, связанные с использованием рапсового масла. Анализ существующих конструкций подогревателей топлива. Расчет и конструирование ТЭНа и нагревателя биотоплива.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 11.08.2011Причина быстрого роста употребления энергии в транспортной сфере - увеличение потребления жидкого топлива на личном автомобильном транспорте. Уменьшение веса автомобиля. Перспективы роста применения пластиков. Альтернативное топливо, "зеленые" шины.
реферат [27,3 K], добавлен 10.03.2012Изучение экстракционной технологии производства экологически чистого дизельного топлива. Описание технологической схемы получения очищенного топлива. Расчет реактора гидроочистки дизельной фракции, стабилизационной колонны и дополнительного оборудования.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 24.01.2012Проблема ограниченности традиционных источников энергии. Основные факторы перехода на возобновляемые топлива. Биотопливо как инновационный вид топлива на базе растительного или животного сырья. Особенности его классификации, производства и применения.
презентация [7,8 M], добавлен 03.03.2016Элементарный состав и геометрические характеристики топлива. Определение объемов воздуха и продуктов сгорания топлива при нормальных условиях. Состав котельной установки. Конструкция и принцип действия деаэратора. Конструктивный расчет парового котла.
курсовая работа [594,6 K], добавлен 25.02.2015Канал регулирования соотношения компонентов топлива и суммарного расхода. Метод измерения комплексного сопротивления мостовой измерительной схемы датчика расхода топлива. Разработка схемы электрической принципиальной, ее описание. Расчет усилителей.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 13.11.2015Выбор конструктивно-компоновочной схемы ракеты. Определение характеристик топлива. Приближенное баллистическое проектирование: параметры; программа движения на активном участке траектории, удельные импульсы тяг двигателей. Объемный расчет ракеты.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 29.11.2011Конструкция методических печей, их классификация. Преимущества камерных печей, особенности работы горелок. Общие принципы выбора рациональных методов сжигания топлива в печах. Работа устройств для сжигания газа (горелок) и жидкого топлива (форсунок).
курсовая работа [60,1 K], добавлен 05.10.2012Знакомство с функциями реактора гидроочистки дизельного топлива Р-1. Гидроочистка как процесс химического превращения веществ под воздействием водорода при высоком давлении и температуре. Характеристика проекта установки гидроочистки дизельного топлива.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 12.01.2014Технологические процессы в промышленности, связанные с затратой или выделением энергии, ее взаимными превращениями из одного вида в другой. Роль энергии в технологических процессах и ее рациональное использование. Применение нефти для получения топлива.
контрольная работа [26,4 K], добавлен 20.09.2011Экономия энергии, ресурсосбережение в промышленности. Характеристика метрологического и информационного обеспечения. Условия эксплуатации объекта автоматизации, характеристика окружающей среда. Экономия топлива за счет снижения удельного расхода топлива.
отчет по практике [256,6 K], добавлен 25.04.2009Получение водорода–будущая технология. Как и из чего в настоящее время получают водород. Сколько его получают и для каких целей. Роль водорода и водородной технологии в кругообороте веществ в природе. Проблемы получения энергии. Водородные двигатели.
реферат [32,9 K], добавлен 11.12.2007
