Работа капиллярного накопителя внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива в условиях полетных вибраций

Предложена модель движения жидкости в капиллярном накопителе внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива при воздействии низкочастотных вибраций; получены зависимости для определения высоты и скорости подъёма жидкости от параметров вибрации....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2011
Hauptverfasser:	Заволока, А.Н., Свириденко, Н.Ф., Смоленский, Д.Э.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України 2011
Schriftenreihe:	Техническая механика
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88192
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Работа капиллярного накопителя внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива в условиях полетных вибраций / А.Н. Заволока, Н.Ф. Свириденко, Д.Э. Смоленский // Техническая механика. — 2011. — № 2. — С. 8-12. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-88192
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-881922015-11-10T03:02:15Z Работа капиллярного накопителя внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива в условиях полетных вибраций Заволока, А.Н. Свириденко, Н.Ф. Смоленский, Д.Э. Предложена модель движения жидкости в капиллярном накопителе внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива при воздействии низкочастотных вибраций; получены зависимости для определения высоты и скорости подъёма жидкости от параметров вибрации. Запропоновано модель руху рідини в капілярному накопичувачі внутрішньобакового пристрою забезпечення суцільності компонентів палива при дії низькочастотних вібрацій; одержані залежності для визначення висоти і швидкості підйому рідини від параметрів вібрації. The model of liquid motion in the capillary storage device of intra-tank device for providing fuel components integrity at influence of low-frequency vibrations is proposed; functional dependencies for determination of heights and speeds of liquid climb on the vibration parameters are found. 2011 Article Работа капиллярного накопителя внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива в условиях полетных вибраций / А.Н. Заволока, Н.Ф. Свириденко, Д.Э. Смоленский // Техническая механика. — 2011. — № 2. — С. 8-12. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1561-9184 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88192 629.7.023.001 ru Техническая механика Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Предложена модель движения жидкости в капиллярном накопителе внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива при воздействии низкочастотных вибраций; получены зависимости для определения высоты и скорости подъёма жидкости от параметров вибрации.
format	Article
author	Заволока, А.Н. Свириденко, Н.Ф. Смоленский, Д.Э.
spellingShingle	Заволока, А.Н. Свириденко, Н.Ф. Смоленский, Д.Э. Работа капиллярного накопителя внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива в условиях полетных вибраций Техническая механика
author_facet	Заволока, А.Н. Свириденко, Н.Ф. Смоленский, Д.Э.
author_sort	Заволока, А.Н.
title	Работа капиллярного накопителя внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива в условиях полетных вибраций
title_short	Работа капиллярного накопителя внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива в условиях полетных вибраций
title_full	Работа капиллярного накопителя внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива в условиях полетных вибраций
title_fullStr	Работа капиллярного накопителя внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива в условиях полетных вибраций
title_full_unstemmed	Работа капиллярного накопителя внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива в условиях полетных вибраций
title_sort	работа капиллярного накопителя внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива в условиях полетных вибраций
publisher	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
publishDate	2011
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88192
citation_txt	Работа капиллярного накопителя внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива в условиях полетных вибраций / А.Н. Заволока, Н.Ф. Свириденко, Д.Э. Смоленский // Техническая механика. — 2011. — № 2. — С. 8-12. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Техническая механика
work_keys_str_mv	AT zavolokaan rabotakapillârnogonakopitelâvnutribakovogoustrojstvaobespečeniâsplošnostikomponentovtoplivavusloviâhpoletnyhvibracij AT sviridenkonf rabotakapillârnogonakopitelâvnutribakovogoustrojstvaobespečeniâsplošnostikomponentovtoplivavusloviâhpoletnyhvibracij AT smolenskijdé rabotakapillârnogonakopitelâvnutribakovogoustrojstvaobespečeniâsplošnostikomponentovtoplivavusloviâhpoletnyhvibracij
first_indexed	2025-07-06T15:53:16Z
last_indexed	2025-07-06T15:53:16Z
_version_	1836913469353361408
fulltext	УДК 629.7.023.001 А.Н. ЗАВОЛОКА, Н.Ф. СВИРИДЕНКО, Д.Э. СМОЛЕНСКИЙ РАБОТА КАПИЛЛЯРНОГО НАКОПИТЕЛЯ ВНУТРИБАКОВОГО УСТРОЙСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СПЛОШНОСТИ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА В УСЛОВИЯХ ПОЛЕТНЫХ ВИБРАЦИЙ Предложена модель движения жидкости в капиллярном накопителе внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива при воздействии низкочастотных вибраций; получены зависимости для определения высоты и скорости подъёма жидкости от параметров вибрации. Запропоновано модель руху рідини в капілярному накопичувачі внутрішньобакового пристрою за- безпечення суцільності компонентів палива при дії низькочастотних вібрацій; одержані залежності для визначення висоти і швидкості підйому рідини від параметрів вібрації. The model of liquid motion in the capillary storage device of intra-tank device for providing fuel components integrity at influence of low-frequency vibrations is proposed; functional dependencies for determination of heights and speeds of liquid climb on the vibration parameters are found. Перспективы расширения диапазона полетных задач, решаемых совре- менными ракетами-носителями (РН), в значительной степени обусловлены возможностью обеспечения гарантированной подачи на вход двигателя ком- понентов топлива (КТ) без газовых включений при осуществлении неодно- кратных запусков двигательной установки (ДУ) на различных этапах полета, в том числе в условиях невесомости или близких к ним. При этом зачастую ограничивается также время обеспечения готовности топливной системы к последующему, после останова двигателя, запуску [1]. Наиболее часто путем решения указанных задач является применение внутрибаковых устройств обеспечения сплошности КТ с капиллярными на- копителями [2]. Это объясняется широким диапазоном возможных вариантов их конструктивного и технологического исполнения, что позволяет создавать устройства, обеспечивающие практически полную (до 98,5 % [3]) выработку топлива из баков в различных условиях полета. Существенное влияние на процесс функционирования капиллярных уст- ройств вообще и накопителей КТ в том числе оказывают полетные вибрации топливных баков (ТБ). Наиболее значительные вибрации действуют с часто- той, не превышающей f 50 Гц в моменты старта и останова двигателя. Кроме того, при маневрировании ступеней РН переменные по величине и на- правлению силы тяги обусловливают развитие вынужденных колебаний кон- струкции с частотами до f 10 Гц [4]. В связи с этим необходимо отметить, что если работа капиллярных уст- ройств в статических условиях и при воздействии колебаний килогерцевого диапазона исследована достаточно полно [5, 6], то адекватное описание зако- номерностей движения жидкостей в капиллярах при воздействии низкочас- тотных вибраций (0 < < 50 Гц) отсутствует. Экспериментально установлено лишь интенсифицирующее влияние действующих вдоль оси капилляра низ- кочастотных вибраций на скорость движения и высоту подъема в нем смачи- вающих жидкостей, причем, как показывают эксперименты, скорость подъе- ма жидкости экспоненциально зависит от частоты колебаний и возрастает с уменьшением краевого угла смачивания [7, 8]. f Очевидно, что указанные эффекты необходимо принимать во внимание при решении задач, связанных с проектированием систем обеспечения мно- гократных запусков ДУ космических ступеней РН. 8  А.Н. Заволока, Н.Ф. Свириденко, Д.Э. Смоленский, 2011 Техн. механика. – 2011. – № 2. Рассматривая влияние вибраций на капилляр с жидкостью, будем пола- гать, что:  жидкость является идеальной и несжимаемой;  система «капилляр-жидкость» находится в состоянии термодинамиче- ского равновесия;  частота действующих вибраций существенно ниже собственной часто- ты капилляра;  протяженность капилляра значительно больше его диаметра. На движение жидкости в капилляре оказывают влияние различные фак- торы: поверхностное натяжение, гравитационные силы и, в том числе, как следует из приведенных выше данных, силы, зависящие от частоты и ампли- туды вибраций, определяющие соответствующие значения частоты и ампли- туды пульсаций давления в жидкости у основания капилляра. Принимая во внимание, что наиболее широко используемые компоненты ракетных топлив являются хорошо смачивающими конструкционные мате- риалы внутрибаковых устройств РН жидкостями, будем рассматривать в ка- честве оказывающих определяющее влияние на скорость и высоту подъема жидкости в вибронагруженном капилляре следующие силы:  силу, обусловленную пульсациями давления у основания капилляра tA d F p k p    sin 4 2 , (1) где  диаметр капилляра;  амплитуда пульсаций давления; kd pA  круго- вая частота; t  время.  силу поверхностного натяжения  kdF , (2) где – коэффициент поверхностного натяжения;   гравитационную силу hgn d F hж k q    4 2 , (3) где – плотность жидкости; ж g – ускорение свободного падения; – высо- та столба жидкости в капилляре; – коэффициент продольной перегрузки (вдоль оси капилляра); h hn  диссипативную силу, ответственную за интенсивное рассеяние энергии колебаний в зоне мениска, которая обусловлена его деформацией при встрече поднимающейся жидкости с линией контакта и затратами энергии на ее про- движение вверх по сухой стенке капилляра [9]. Как показано в [9], при малых амплитудах колебаний жидкости в капил- ляре и 40  в общем случае нелинейная диссипативная сила вырождается в линейную, пропорциональную скорости движения жидкости в капилляре, которая определяется выражением  dt dh n F h q 4 3 182,0   , (4) 9 где – диссипативная сила на единицу длины линии контакта мениска со стенкой капилляра. qF Из рассмотрения исключена сила, обусловленная вязким трением жидкости о стенки капилляра, что объясняется относительно низкими значениями скоро- сти движения жидкости в капилляре, даже при вибрационном воздействии. Рассматривая баланс работ по перемещению жидкости в капилляре за один период колебаний Т, будем полагать, что в первом полупериоде сила , совпадая по направлению с силой поверхностного натяжения, способст- вует подъему жидкости в капилляре на высоту pF Bh , а во втором, будучи про- тивоположно направленной, инициирует опускание жидкости на . При этом в обоих случаях будем рассматривать среднюю за полупериод силу Hh 2 2 kp p dA F   . (5) Соответствующие уравнения балансов работ будут иметь, с учетом (1) – (5), следующий вид:  для первого полупериода, когда жидкость в капилляре движется вверх   0 100 2 82 24 3 2 22      B h k BBhж k BkB kp h nT d hhhgn d hdh dA ; (6)  для второго полупериода, когда жидкость в капилляре опускается   0 100 2 82 24 3 2 22      H h k HHhж k HkH kp h nT d hhhgn d hdh dA .(7) Подъем жидкости в капилляре за время, равное одному периоду колеба- ний T , составит HBT hhh  , (8) а за время t   T t hhh HB    (9) или, после подстановки в (9), полученных из (6), (7) выражений, определяю- щих и , Bh Hh   t Tdgn n dTAgnhgnd n h khж h kphжhжk h        2 3 4 3 )( 45 8416 45 . (10) Переходя в (10) к пределу при 0t , получим линейное неоднород- ное дифференциальное уравнение первого порядка с постоянными (при за- данных параметрах вибраций) коэффициентами 10 2 3 2 24 3 2 2 3 2 4 3 2 )( 45 8 45 16 )( 45 45 4 khж h kphж h khж h h khж dgn n f dfAgn n f h dgn n f n fdgn dt dh             , (11) где T f 1  – частота вибраций. Общее решение уравнения (11) имеет вид                             t dgn n f n fdgn c n fdgn dfAgn n f h khж h ж h ж khж h khж kphж h ж 2 3 2 4 3 2 4 3 2 24 3 2 )( 45 45 4 exp 45 4 8 45 16 . (12) Определяя постоянную интегрирования из условия c 0h при 0t и подставляя ее значение в (12), после преобразований получим выражение для определения высоты подъема жидкости в капилляре при действии продоль- ных вибраций                                            1 )( 45 45 4 exp 45 2 45 4 2 3 2 4 3 2 4 3 24 3 t dgn n f n fdgn n fdgn dAgn n f h khж h ж h ж khж h khж kphж h ж . (13) Время подъема жидкости на высоту составляет h 11                            24 3 4 3 4 3 2 24 3 2 2 45 4 45 1ln 45 4 )( 45 kphж h ж h ж khж h ж khж khж h ж dAgnf n f n dgnh n fdgn dgn n f t . (14) Выражения (13) и (14) позволяют осуществлять обоснованный выбор ос- новных проектных параметров капиллярных накопителей внутрибаковых устройств обеспечения сплошности компонентов топлива с учетом влияния на их работу полетных вибраций топливных баков РН и получать оценки ми- нимальной продолжительности работы двигателя с точки зрения обеспечения условий для его гарантированного повторного запуска. Необходимо отметить, что область применения выражений (13) и (14) определяется диапазоном изменения частоты вибраций 4 3 53 120    hж k n df . (15) Для рассматриваемых условий эксплуатации РН, характерных геометри- ческих характеристик капилляров накопителей и свойств компонентов топ- лива это соответствует значениям 1200  f Гц. Для более высоких частот колебаний механизмы, определяющие ано- мально высокие значения скорости и высоты подъема жидкостей в капилля- рах, подлежат уточнению. 1. Шевченко Б. А. К вопросу о проектировании систем обеспечения запуска двигательной установки КЛА в условиях невесомости / Б. А. Шевченко // Математическое моделирование в инженерных расчетах сложных систем. – Днепропетровск: ДГУ, 1997. – С. 89 – 95. 2. Беляев Н. М. Системы наддува топливных баков ракет / Н. М. Беляев. – М. : Машиностроение, 1976. – 336 с. 3. Anglim D. D. Low-G testing of the Space Shuttle OMS propellant tank / D. D. Anglim // AIAA Paper. – 1979. – № 1258. – P. 1 – 7. 4. Dynamic Environmental Criteria National Aeronautics and Space Administration NASA-HDBK-7005 MARCH 13, 2001 http: // standards. nasa. gov. 5. Белов С. В. Пористые материалы в машиностроении / С. В. Белов. – М. : Машиностроение, 1976. – 184 с. 6. Прохоренко П. П. Ультразвуковой капиллярный эффект / П. П. Прохоренко, Н. В. Дежкунов, Г. Е, Коно- валов. – Минск : Наука и техника, 1981. – 135 с. 7. Кульгина Л. М. Низкочастотный капиллярный эффект / Л. М. Кульгина, А. А. Кульнин // Деп. в ВИНИТИ, № 6493 –В85, 1985. – 6 с. 8. Кудрицкий Г. Р. Теплообмен при кипении в условиях определяющего влияния геометрических характе- ристик поверхности нагрева: автореф. дис. на соискание степени д-ра техн. наук / Г. Р. Кудрицкий. – Ки- ев, 1995. – 40 с. 9. Микишев Г. Н. Влияние поверхностного натяжения и угла смачивания на колебания жидкости в сосудах / Г. Н. Микишев, Г. А. Чурилов // Динамика космических аппаратов и исследование космического про- странства. – М. : Машиностроение, 1986. – С. 164 – 174. Институт технической механики Получено 27.04.11, НАН Украины и НКА Украины, в окончательном варианте 27.04.11 г. Днепропетровск ГП «Конструкторское бюро «Южное», г. Днепропетровск 12

Работа капиллярного накопителя внутрибакового устройства обеспечения сплошности компонентов топлива в условиях полетных вибраций

Institution

Ähnliche Einträge