Теоретический прогноз продольных виброускорений космического аппарата при его выведении на рабочую орбиту жидкостной ракетой космического назначения "Циклон-4"

Приведены результаты теоретического прогноза продольной устойчивости ракеты космического назначения “Циклон-4” и продольных виброускорений космического аппарата на активном участке траектории полета ракеты, выполненного с учетом изменений конструкций третьей ступени и других элементов ракеты после э...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Пилипенко, В.В., Довготько, Н.И., Пилипенко, О.В., Николаев, А.Д., Пирог, В.А., Долгополов, С.И., Ходоренко, В.Ф., Хоряк, Н.В., Башлий, И.Д.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України 2011
Назва видання:	Техническая механика
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88269
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Теоретический прогноз продольных виброускорений космического аппарата при его выведении на рабочую орбиту жидкостной ракетой космического назначения "Циклон-4" / В.В. Пилипенко, Н.И. Довготько, О.В. Пилипенко, А.Д. Николаев, В.А. Пирог, С.И. Долгополов, В.Ф. Ходоренко, Н.В. Хоряк, И.Д. Башлий // Техническая механика. — 2011. — № 4. — С. 30-36. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-88269
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-882692015-11-12T03:02:04Z Теоретический прогноз продольных виброускорений космического аппарата при его выведении на рабочую орбиту жидкостной ракетой космического назначения "Циклон-4" Пилипенко, В.В. Довготько, Н.И. Пилипенко, О.В. Николаев, А.Д. Пирог, В.А. Долгополов, С.И. Ходоренко, В.Ф. Хоряк, Н.В. Башлий, И.Д. Приведены результаты теоретического прогноза продольной устойчивости ракеты космического назначения “Циклон-4” и продольных виброускорений космического аппарата на активном участке траектории полета ракеты, выполненного с учетом изменений конструкций третьей ступени и других элементов ракеты после этапа эскизного проектирования. Приведено результати теоретичного прогнозу поздовжньої стійкості ракети космічного призначення «Циклон-4» та поздовжніх віброприскорень космічного апарата на активній ділянці траєкторії польоту ракети, що виконаний з урахуванням змін конструкцій третього ступеня та інших елементів ракети після етапу ескізного проектування. Presented are the results of a mathematical simulation of free longitudinal oscillations of structure of a three-staged liquid rocket which will be used for construction of a nonlinear mathematical model of closed dynamic system of the liquid propulsion system and the rocket body and for a theoretical prediction of the amplitudes of rocket longitudinal oscillations. The calculation dependencies of parameters of prevailing tones of natural longitudinal oscillations of the Cyclone-4 space rocket body on its flight time, which were calculated considering the energy dissipation under various levels of tank fuelling its first stage, are examined. 2011 Article Теоретический прогноз продольных виброускорений космического аппарата при его выведении на рабочую орбиту жидкостной ракетой космического назначения "Циклон-4" / В.В. Пилипенко, Н.И. Довготько, О.В. Пилипенко, А.Д. Николаев, В.А. Пирог, С.И. Долгополов, В.Ф. Ходоренко, Н.В. Хоряк, И.Д. Башлий // Техническая механика. — 2011. — № 4. — С. 30-36. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1561-9184 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88269 629.7.017.21 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	Приведены результаты теоретического прогноза продольной устойчивости ракеты космического назначения “Циклон-4” и продольных виброускорений космического аппарата на активном участке траектории полета ракеты, выполненного с учетом изменений конструкций третьей ступени и других элементов ракеты после этапа эскизного проектирования.
format	Article
author	Пилипенко, В.В. Довготько, Н.И. Пилипенко, О.В. Николаев, А.Д. Пирог, В.А. Долгополов, С.И. Ходоренко, В.Ф. Хоряк, Н.В. Башлий, И.Д.
spellingShingle	Пилипенко, В.В. Довготько, Н.И. Пилипенко, О.В. Николаев, А.Д. Пирог, В.А. Долгополов, С.И. Ходоренко, В.Ф. Хоряк, Н.В. Башлий, И.Д. Теоретический прогноз продольных виброускорений космического аппарата при его выведении на рабочую орбиту жидкостной ракетой космического назначения "Циклон-4" Техническая механика
author_facet	Пилипенко, В.В. Довготько, Н.И. Пилипенко, О.В. Николаев, А.Д. Пирог, В.А. Долгополов, С.И. Ходоренко, В.Ф. Хоряк, Н.В. Башлий, И.Д.
author_sort	Пилипенко, В.В.
title	Теоретический прогноз продольных виброускорений космического аппарата при его выведении на рабочую орбиту жидкостной ракетой космического назначения "Циклон-4"
title_short	Теоретический прогноз продольных виброускорений космического аппарата при его выведении на рабочую орбиту жидкостной ракетой космического назначения "Циклон-4"
title_full	Теоретический прогноз продольных виброускорений космического аппарата при его выведении на рабочую орбиту жидкостной ракетой космического назначения "Циклон-4"
title_fullStr	Теоретический прогноз продольных виброускорений космического аппарата при его выведении на рабочую орбиту жидкостной ракетой космического назначения "Циклон-4"
title_full_unstemmed	Теоретический прогноз продольных виброускорений космического аппарата при его выведении на рабочую орбиту жидкостной ракетой космического назначения "Циклон-4"
title_sort	теоретический прогноз продольных виброускорений космического аппарата при его выведении на рабочую орбиту жидкостной ракетой космического назначения "циклон-4"
publisher	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
publishDate	2011
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88269
citation_txt	Теоретический прогноз продольных виброускорений космического аппарата при его выведении на рабочую орбиту жидкостной ракетой космического назначения "Циклон-4" / В.В. Пилипенко, Н.И. Довготько, О.В. Пилипенко, А.Д. Николаев, В.А. Пирог, С.И. Долгополов, В.Ф. Ходоренко, Н.В. Хоряк, И.Д. Башлий // Техническая механика. — 2011. — № 4. — С. 30-36. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series	Техническая механика
work_keys_str_mv	AT pilipenkovv teoretičeskijprognozprodolʹnyhvibrouskorenijkosmičeskogoapparatapriegovyvedeniinarabočuûorbitužidkostnojraketojkosmičeskogonaznačeniâciklon4 AT dovgotʹkoni teoretičeskijprognozprodolʹnyhvibrouskorenijkosmičeskogoapparatapriegovyvedeniinarabočuûorbitužidkostnojraketojkosmičeskogonaznačeniâciklon4 AT pilipenkoov teoretičeskijprognozprodolʹnyhvibrouskorenijkosmičeskogoapparatapriegovyvedeniinarabočuûorbitužidkostnojraketojkosmičeskogonaznačeniâciklon4 AT nikolaevad teoretičeskijprognozprodolʹnyhvibrouskorenijkosmičeskogoapparatapriegovyvedeniinarabočuûorbitužidkostnojraketojkosmičeskogonaznačeniâciklon4 AT pirogva teoretičeskijprognozprodolʹnyhvibrouskorenijkosmičeskogoapparatapriegovyvedeniinarabočuûorbitužidkostnojraketojkosmičeskogonaznačeniâciklon4 AT dolgopolovsi teoretičeskijprognozprodolʹnyhvibrouskorenijkosmičeskogoapparatapriegovyvedeniinarabočuûorbitužidkostnojraketojkosmičeskogonaznačeniâciklon4 AT hodorenkovf teoretičeskijprognozprodolʹnyhvibrouskorenijkosmičeskogoapparatapriegovyvedeniinarabočuûorbitužidkostnojraketojkosmičeskogonaznačeniâciklon4 AT horâknv teoretičeskijprognozprodolʹnyhvibrouskorenijkosmičeskogoapparatapriegovyvedeniinarabočuûorbitužidkostnojraketojkosmičeskogonaznačeniâciklon4 AT bašlijid teoretičeskijprognozprodolʹnyhvibrouskorenijkosmičeskogoapparatapriegovyvedeniinarabočuûorbitužidkostnojraketojkosmičeskogonaznačeniâciklon4
first_indexed	2025-07-06T16:01:57Z
last_indexed	2025-07-06T16:01:57Z
_version_	1836914015834472448
fulltext	УДК 629.7.017.21 В. В. ПИЛИПЕНКО, Н. И. ДОВГОТЬКО, О. В. ПИЛИПЕНКО, А. Д. НИКОЛАЕВ, В. А. ПИРОГ, С. И. ДОЛГОПОЛОВ, В. Ф. ХОДОРЕНКО, Н. В. ХОРЯК, И. Д. БАШЛИЙ ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ ПРОДОЛЬНЫХ ВИБРОУСКОРЕНИЙ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ПРИ ЕГО ВЫВЕДЕНИИ НА РАБОЧУЮ ОРБИТУ ЖИДКОСТНОЙ РАКЕТОЙ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ «ЦИКЛОН-4» Приведены результаты теоретического прогноза продольной устойчивости ракеты космического на- значения “Циклон-4” и продольных виброускорений космического аппарата на активном участке траекто- рии полета ракеты, выполненного с учетом изменений конструкций третьей ступени и других элементов ракеты после этапа эскизного проектирования. Приведено результати теоретичного прогнозу поздовжньої стійкості ракети космічного призначення «Циклон-4» та поздовжніх віброприскорень космічного апарата на активній ділянці траєкторії польоту ракети, що виконаний з урахуванням змін конструкцій третього ступеня та інших елементів ракети після етапу ескізного проектування. Presented are the results of a mathematical simulation of free longitudinal oscillations of structure of a three- staged liquid rocket which will be used for construction of a nonlinear mathematical model of closed dynamic system of the liquid propulsion system and the rocket body and for a theoretical prediction of the amplitudes of rocket longitudinal oscillations. The calculation dependencies of parameters of prevailing tones of natural longitudinal oscillations of the Cyclone-4 space rocket body on its flight time, which were calculated considering the energy dissipation under various levels of tank fuelling its first stage, are examined. Введение. Надежность функционирования жидкостных ракет-носителей (РН) и их элементов, в том числе сохранность космических аппаратов (КА) и работоспособность приборов системы управления, в значительной мере зави- сят от уровня динамических нагрузок, действующих на них на активном уча- стке траектории полета жидкостной РН. Уровень динамических нагрузок су- щественно возрастает при продольных колебаниях жидкостной РН. При лет- ных испытаниях ракет-прототипов ракеты космического назначения (РКН) “Циклон-4” было установлено, что они теряют продольную устойчивость на двух временных интервалах активного участка траектории полета во время работы жидкостной ракетной двигательной установки (ЖРДУ) первой ступе- ни – от 0 до 30 с и от 50 до 90 с. Зарегистрированные величины амплитуд продольных колебаний, однако, не превышали допустимые уровни и, следо- вательно, не устанавливались специальные средства для обеспечения про- дольной устойчивости ракет-прототипов РКН “Циклон-4”. Следует отметить, что опасным является не факт возможной потери продольной устойчивости, а превышение амплитудами продольных колебаний определенного допустимо- го уровня, который может диктоваться требованиями нормальной работы систем и агрегатов РН, например приборов системы управления. В конечном итоге, именно результаты теоретического прогноза возможных величин ам- плитуд продольных колебаний или зарегистрированные величины амплитуд продольных колебаний при летно-конструкторских испытаниях РН должны служить базой для принятия решений о специальных мерах по обеспечению продольной устойчивости жидкостных РН. В этой связи особую актуальность приобретают работы по обеспечению допустимого уровня динамических нагрузок (продольных виброускорений), действующих на конструкцию РКН “Циклон-4” и ее элементы на активном участке траектории полета РКН. Важное место в этих работах занимает тео- ретический прогноз продольных виброускорений конструкций РКН и КА.  В.В. Пилипенко, Н.И. Довготько, О.В. Пилипенко, А.Д. Николаев, В.А. Пирог, С.И. Долгополов, В.Ф. Ходоренко, Н.В. Хоряк, И.Д. Башлий, 2011 Техн. механика. – 2011. – № 4. 30 В настоящее время такой прогноз можно сделать на основе разработанных в Институте технической механики НАН Украины и НКА Украины (ИТМ НАНУ и НКАУ) методик для анализа продольной устойчивости жидкостных РН на активном участке траектории их полета во время работы ЖРДУ первой ступени. Эти методики не имеют аналогов в Украине и за рубежом и позво- ляют выполнять достоверные прогнозы уровней динамических нагрузок (продольных виброускорений), действующих на конструкции РН и КА раз- личных типов [1 – 3]. При научно-техническом сопровождении разработки РКН “Циклон-4” (на этапе аванпроекта и на этапе эскизного проектирования) в ИТМ НАНУ и НКАУ выполнялся теоретический прогноз продольной устойчивости РКН “Циклон-4” и динамических нагрузок (продольных виброускорений), дейст- вующих на конструкции РКН и КА на активном участке траектории полета РКН во время работы ЖРДУ первой ступени. Целью настоящей работы является выполнение такого прогноза для РКН “Циклон-4” с учетом изменений конструкции РКН после этапа эскизного проектирования. Изменения в конструкции РКН “Циклон-4” после этапа эскизного проектирования. РКН “Циклон-4” создается на базе РН “Циклон-3”. Техни- ческие решения, принятые при разработке трехступенчатой РКН “Циклон-4”, соответствуют сложившейся международной практике использования РН для запуска КА в широком диапазоне их массовых характеристик, отвечают со- временным требованиям, предъявляемым разработчиками космических аппа- ратов к параметрам орбит КА и к поставщикам пусковых услуг, а также учи- тывают возможности максимального использования материальной части и технологии изготовления ракет-прототипов. Модернизация РН “Циклон-3” практически не затронула ее первую и вторую ступени. Третья ступень РН “Циклон-4” представляет собой новую разработку. Особенности её конструк- ции приведут к изменению динамических характеристик конструкции РКН и, в конечном счете, к изменению уровня продольных колебаний РКН “Циклон- 4” и КА по сравнению с уровнем продольных колебаний РН “Циклон-3”. Кроме того, на уровень продольных колебаний РКН влияют воз- можные варианты массовых и жесткостных характеристик адаптеров и самих КА. Поэтому на всех этапах разработки РКН “Циклон-4” для каждого кон- кретного варианта комплектации РКН и КА было необходимо выполнять теоретический прогноз уровня продольных виброускорений КА, сравнивать его с допустимым уровнем и разрабатывать, в случае необходимости, реко- мендации по обеспечению допустимых значений продольных виброускоре- ний КА. Новые технические решения, принятые при разработке РКН “Циклон-4” после этапа эскизного проектирования, затрагивают в основном конструкцию третьей ступени и межступенного отсека. Основные изменения в конструк- ции элементов РКН “Циклон-4” состоят в следующем [4]. С целью обеспече- ния требований по энергетическим возможностям третьей ступени увеличена её масса за счет дозаправки двух тонн топлива в топливные баки третьей сту- пени. В значительной мере изменена конструкция топливного отсека третьей ступени путем замены сферической формы верхнего сегмента бака горючего на коническую, введения цилиндрической вставки в бак окислителя и выдви- жения бака окислителя вверх. Кроме того, при проведении пуска №1Л в на- стоящее время планируется вывести на рабочую орбиту составной макет КА 31 массой 1500 кг. Вторая ступень РКН оснащается узлами новой разработки: переходным и межступенчатым отсеками, при этом выполнено усиление продольного и поперечного набора межступенного отсека. Увеличена тол- щина обечайки бака горючего второй ступени РКН. Усилен хвостовой отсек первой ступени РКН под торцевую заправку. Указанные доработки в конструкции РКН Циклон-4” после этапа эскиз- ного проекта приведут к изменению массовых и жесткостных характеристик соответствующих элементов конструкции РКН, которые в совокупности с массовыми и жесткостными характеристиками составного макета КА для пуска № 1Л окажут влияние на параметры (частоты, формы и соответствую- щие им приведенные массы) собственных продольных колебаний конструк- ции РКН и, следовательно, обусловливают необходимость выполнения теоре- тического прогноза продольной устойчивости РКН “Циклон-4” и динамиче- ских нагрузок (продольных виброускорений), действующих на конструкции РКН “Циклон-4” и КА на активном участке траектории полета РКН. Линейная и нелинейная математические модели низкочастотной ди- намики системы “ЖРДУ первой ступени – корпус РКН “Циклон-4”. Ранее в ИТМ НАНУ и НКАУ были разработаны линейная и нелинейная математиче- ские модели низкочастотной динамики системы “ЖРДУ первой ступени – корпус РН” применительно к РКН “Циклон-4” на различных этапах её проек- тирования, в том числе и на этапе эскизного проектирования. Эти модели необ- ходимы для проведения теоретического прогноза продольной устойчивости и амплитуд продольных колебаний РКН “Циклон-4”. В настоящей работе выпол- нено уточнение указанных моделей, обусловленное изменением конструкции РКН “Циклон-4” после этапа эскизного проектирования. Линейная и нелинейная математические модели низкочастотной динами- ки системы “ЖРДУ первой ступени – корпус РКН “Циклон-4” включают уравнения динамики маршевого ЖРД первой ступени и его питающих маги- стралей, а также уравнения, описывающие продольные колебания корпуса РКН. В линейной математической модели данной системы продольные коле- бания корпуса РКН описывались как колебания многосвязной диссипативной системы (на основе его схематизации цепочкой дискретных масс, соединен- ных упругими и диссипативными связями [4]), а в нелинейной модели четыре низших тона собственных продольных колебаний корпуса РН описывались в обобщенных нормальных координатах уравнениями осцилляторов. Парамет- ры этих тонов колебаний определялись с учетом диссипации энергии. В результате математического моделирования свободных продольных колебаний корпуса РКН “Циклон-4” [4] были определены характеристики собственных продольных колебаний (частоты, декременты, формы и приве- денные массы) конструкции корпуса РКН при различных уровнях заполнения топливных баков первой ступени РКН, соответствующих времени работы ЖРДУ первой ступени. На базе современных представлений о динамических процессах в эле- ментах ЖРД построены математические модели низкочастотной динамики маршевого двигателя первой ступени РКН “Циклон-4”. Они включают в себя уравнения динамики всех элементов ЖРД: жидкостных магистралей, турбо- насосного агрегата (в том числе кавитирующих шнекоцентробежных насосов окислителя и горючего), газогенератора, камеры сгорания и т. д. Соответст- венно система дифференциальных уравнений, описывающих низкочастотную динамику двигателя, состоит из большого числа уравнений. Использование в 32 математических моделях динамики ЖРД уравнений динамики кавитирующих шнекоцентробежных насосов, полученных в рамках теории кавитационных автоколебаний в насосных системах питания ЖРДУ [7, 8], позволяет наибо- лее полно реализовать количественный учет влияния кавитационных явлений в шнекоцентробежных насосах на динамические характеристики систем пи- тания ЖРДУ и динамику замкнутой системы «ЖРДУ – корпус РН». Такого рода учет кавитационных явлений в насосах ЖРД не имеет аналогов в Ук- раине и за рубежом и позволяет делать достаточно достоверные теоретиче- ские прогнозы продольной устойчивости жидкостных РН [1 – 3]. Отличи- тельной особенностью уравнений низкочастотной динамики кавитирующих шнекоцентробежных насосов окислителя и горючего маршевой ЖРДУ пер- вой ступени РКН “Циклон-4” является использование обобщенных экспери- ментально-расчетных зависимостей, характеризующих кавитационные явле- ния в насосах ЖРД, что существенно повышает достоверность результатов теоретического анализа продольной устойчивости и определения амплитуд продольных колебаний РКН. При математическом моделировании динамики жидкости в питающих магистралях маршевой ЖРДУ первой ступени РКН “Циклон-4” магистраль окислителя, имеющая значительную длину и тонкие стенки, рассматривалась как система с распределенными параметрами. При переходе от модели дви- жения жидкости в питающей магистрали окислителя с учетом распределен- ности параметров к эквивалентной ей модели в сосредоточенных параметрах была обеспечена их адекватность в частотном диапазоне от 0 до 40 Гц. Маги- страль горючего ввиду её относительно малой длины рассматривалась как система с сосредоточенными параметрами. Учет внешних динамических воздействий со стороны конструкции РКН на движение жидкости в магистралях окислителя и горючего проводился пу- тем ввода в уравнения движения компонентов топлива на каждом участке магистралей динамической составляющей ускорения жидкости в магистра- лях, которая обусловлена продольными колебаниями [2, 3]. Теоретический прогноз продольной устойчивости РКН “Циклон-4” на активном участке траектории полета во время работы ЖРДУ первой ступени проводился на основе линейной математической модели низкочас- тотной динамики системы “ЖРДУ первой ступени – корпус РКН “Циклон-4” с “замороженными” коэффициентами, в которой учитывались диссипативные связи между тонами собственных продольных колебаний корпуса и влияние диссипации энергии на параметры его собственных продольных колебаний [4]. Методика проведения анализа продольной устойчивости РН как анализа устойчивости системы по первому приближению Ляпунова на основе реше- ния проблемы собственных значений с использованием QR-алгоритма изло- жена в работах [5, 6]. На основе расчета спектра матрицы системы “ЖРДУ первой ступени – корпус РН” определяются собственные частоты и соответ- ствующие им показатели затухания колебаний этой системы, устанавливается факт устойчивости или неустойчивости системы и оценивается близость сис- темы к границе области устойчивости. На рис. 1 представлены расчетные зависимости собственных частот и по- казателей затухания колебаний динамической системы “ЖРДУ первой ступе- ни – корпус РКН “Циклон-4” с составным макетом КА массой 1500 кг от времени полета РКН. 33 Расчетные собственные частоты колебаний исследуемой системы были условно разделены на две группы (рис. 1, а). К первой группе отнесены час- тоты (кривые 1 – 3), которые определяются динамическими свойствами кор- пуса РН и близки по значениям к его собственным частотам колебаний. Вто- рую группу составили частоты, близкие по значениям к собственным часто- там колебаний жидкости в питающей магистрали горючего (кривая 4) и окис- лителя (кривые 5 – 7) ЖРДУ первой ступени. а б 0 10 20 30 40 0 20 40 60 80 100 t,c f, Гц 1 5 3 6 2 4 7 -0,2 -0,15 -0,1 -0,05 0 0,05 0,1 0 20 40 60 80 100 t,c  12 3 Рис. 1. Из рис. 1, б следует, что на интервале времени (0; 83 с) рассматриваемая линейная динамическая система “ЖРДУ первой ступени – корпус РКН “Циклон-4” с “замороженными” коэффициентами неустойчива. Область не- устойчивости системы состоит из трех пересекающихся интер валов:  t0 16 с (зона 1); 14 с  t 84 с (зона 1 с 2); 6  t 74 с (зона 3). Неустойчивость системы в каждой из этих зон обусловлена динамическим взаимодействием ЖРДУ и корпуса РН при сближении собственных частот колебаний корпуса РН с частотами колебаний жидкости в системе питания ЖРД окислителем и горючим. При сближении первой доминирующей собственной частоты корпуса с собственной частотой колебаний жидкости в системе питания ЖРД окислителем (кривые 1, 5 на рис. 1, а) система теряет устойчивость в зоне 2 по отношению к I-му тону колебаний корпуса (рис. 1, б, кривая 1). Сближение второй доминирующей собственной частоты корпуса (рис. 1, а, кривая 2) с собственной частотой колебаний жидкости в системе питания ЖРД окислителем и горючим (соответственно кривые 5 и 4 на рис. 1, а) приводит к потере устойчивости системы в зонах 1 и 3 по отношению ко II-му тону колебаний корпуса. Таким образом, рассматриваемая линейная динамическая система с “за- мороженными” коэффициентами имеет одну зону нарастающих колебаний с собственной частотой, близкой к частоте I-го тона собственных продольных колебаний корпуса РКН (ее значения изменяются в этой зоне от 7 Гц до 9,9 Гц), и две зоны нарастающих колебаний с частотой, близкой к частоте II-го тона собственных колебаний корпуса РКН (в зоне 1 – с частотой 8,2 – 9 Гц и в зоне 3 – с частотой 16 – 17 Гц). Следует отметить, что результаты выполненного на основании работ [5, 6] прогноза продольной устойчивости РКН “Циклон-4” позволяют расши- рить представления о потере продольной устойчивости жидкостных РН, объ- яснить процессы, которые происходят при взаимодействии динамических 34 звеньев линейной и соответствующей нелинейной системы “ЖРДУ первой ступени – корпус РКН”, и определить причины потери устойчивости в опре- деленные моменты времени полета РКН. Теоретический прогноз амплитуд продольных колебаний РКН “Циклон-4” на активном участке траектории полета РКН во время работы ЖРДУ первой ступени выполнялся на основе нелинейной нестационарной математической модели низкочастотной динамики системы “ЖРДУ первой ступени – корпус РКН “Циклон-4”. Математическая модель включает нели- нейные уравнения динамики ЖРД первой ступени, его питающих магист- ралей и уравнения собственных продольных колебаний конструкции кор- пуса РКН с новой третьей ступенью (учитывающие 4 тона собственных ко- лебаний конструкции корпуса). В настоящей работе выполнен теоретический прогноз частот и амплитуд продольных колебаний конструкции РКН “Циклон-4” с составным макетом КА массой 1500 кг, результаты которого приведены на рис. 2. 0 10 20 30 40 50 0 20 40 60 80 100 f, Гц t, c f O f I f II f III f IV 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 20 40 60 80 100 t, c n Z , ед. g а б Рис. 2 На рис. 2, а приведены расчетные собственные частоты I – IV-го тонов продольных колебаний конструкции РКН “Циклон-4” (fI, fII, fIII, fIV) и колеба- ний жидкости (fo) в питающей магистрали окислителя ЖРДУ первой ступени, а на рис. 2, б представлена огибающая продольных виброускорений РКН “Циклон-4” в сечении центра масс КА. Расчеты показывают (см. рис. 2, б), что потеря устойчивости РКН “Циклон-4” происходит на двух временных интер- валах полета РКН. На первом интервале потеря продольной устойчивости происходит с 0 с до 30 с, а на втором – с 52 с до 100 с. При этом максималь- ное значение продольных виброускорений на первом интервале времени со- ставляет 0,36 g (на частотах колебаний 8 – 10 Гц), а на втором – 0,49 g (на частотах колебаний 8 – 11 Гц). Указанное максимальное значение продольных виброускорений на втором интервале времени полета РКН близко к допусти- мому уровню 0,5 g (на частотах колебаний 5 – 20 Гц), но не превышает его. Выводы. На основании полученных результатов теоретического прогно- за продольной устойчивости РКН “Циклон-4” с составным макетом КА мас- сой 1500 кг и продольных виброускорений КА на активном участке траекто- рии полета РКН во время работы ЖРДУ первой ступени можно сделать сле- дующее заключение: РКН “Циклон-4” неустойчива по отношению к про- дольным колебаниям, однако прогнозируемые значения продольных виброу- 35 36 скорений КА не превышают их допустимый уровень и, следовательно, не требуется принятия специальных мер по снижению уровня продольных уско- рений КА массой 1500 кг для пуска РКН “Циклон-4” № 1Л. 1. Пилипенко В. В. Исследования в области динамики жидкостных ракетных двигательных установок и продольной устойчивости жидкостных ракет-носителей / В. В. Пилипенко, Н. И. Довготько, О. В. Пилипенко // Техническая механика. – 2011. – № 4. – С. 16 – 29. 2. Теоретическое определение амплитуд продольных колебаний жидкостных ракет- носителей / В. В. Пилипенко, Н. И. Довготько, С. И. Долгополов, А. Д. Николаев, В. А. Серенко, Н. В. Хоряк // Космічна наука і технологія. – 1999. – Т. 5, № 1. – С. 90 – 96. 3. Теоретическое определение динамических нагрузок (продольных виброускорений) на конструкцию жидкостной ракеты РС-20 на активном участке траектории ее полета / В. В. Пилипенко, Н. И. Довготько, А. Д. Николаев, С. И. Долгополов, Н. В. Хоряк, В. А. Серенко // Техническая механика. – 2000. – № 1. – С. 3 – 18. 4. Математическое моделирование свободных продольных колебаний конструкции третьей ступени и кор- пуса ракеты космического назначения «Циклон-4» / В. В. Пилипенко, А. Д. Николаев, Н. В. Хоряк, И. Д. Башлий, В. А. Пирог, В. Ф. Ходоренко // Техническая механика. – 2011. – № 4. – С. 37 – 44. 5. Хоряк Н. В. Анализ устойчивости многоконтурной динамической системы “ЖРД – корпус РН” по спек- тру матрицы : методические основы и приложение / Н. В. Хоряк // Авиационно-космическая техника и технология. – 2007. – № 9(45). – С. 87 – 91. 6. Хоряк Н. В. Математическое моделирование взаимодействия продольных колебаний корпуса жидкост- ной ракеты как многосвязной упруго-диссипативной системы и динамических процессов в двигательной установке / Н. В. Хоряк, А. Д. Николаев // Техническая механика. – 2010. – № 3. – С. 27 – 37. 7. Пилипенко В. В. Кавитационные автоколебания и динамика гидросистем / В. В. Пилипенко, В. А. Задонцев, М. С. Натанзон. – М. : Машиностроение, 1977. – 352 с. 8. Пилипенко В. В. Кавитационные автоколебания / В. В. Пилипенко. – Киев : Наук. думка, 1989. – 316 с. Институт технической механики НАН Украины и НКА Украины, Получено13.10.11, Днепропетровск окончательном варианте 24.10.11

Теоретический прогноз продольных виброускорений космического аппарата при его выведении на рабочую орбиту жидкостной ракетой космического назначения "Циклон-4"

Репозитарії

Схожі ресурси