Проблемы использования высокотемпературного газа для наддува топливных баков двигательных установок нового поколения и пути их решения

С целью выбора и обоснования перспективных путей совершенствования характеристик высокотемпературных систем наддува топливных баков двигательных установок ракет-носителей проведены экспериментальные и расчетные исследования осуществления наддува подачей высокотемпературного газа во внутрибаковое про...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2013
Автори:	Митиков, Ю.А., Свириденко, Н.Ф.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України 2013
Назва видання:	Техническая механика
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88377
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:	Проблемы использования высокотемпературного газа для наддува топливных баков двигательных установок нового поколения и пути их решения / Ю.А. Митиков, Н.Ф. Свириденко // Техническая механика. — 2013. — № 1. — С. 68-77. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-88377
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-883772015-11-14T03:01:27Z Проблемы использования высокотемпературного газа для наддува топливных баков двигательных установок нового поколения и пути их решения Митиков, Ю.А. Свириденко, Н.Ф. С целью выбора и обоснования перспективных путей совершенствования характеристик высокотемпературных систем наддува топливных баков двигательных установок ракет-носителей проведены экспериментальные и расчетные исследования осуществления наддува подачей высокотемпературного газа во внутрибаковое пространство в виде последовательности турбулентных вихревых колец (ТВК), характеризующихся значительной дальнобойностью при невысокой начальной скорости движения. З метою вибору і обґрунтування перспективних шляхів вдосконалення характеристик високотемпературних систем наддуву паливних баків рухових установок ракет-носіїв проведено експериментальні і розрахункові дослідження здійснення наддуву подачею високотемпературного газу у внутрішньобаковий простір у вигляді послідовності турбулентних вихрових кілець (ТВК), що характеризуються значною далекобійністю при невисокій початковій швидкості руху. Experiments and calculations of pressurization by feeding a high-temperature gas into an intratank space in the form of the sequence of the turbulent vortex rings (TVRs) characterizing by a significant range at a moderate initial rate of motion are carried out for the purpose of the choice and the validity of ways for improving the characteristics of high-temperature systems for pressurization of the launch vehicle (LV) fuel-tank propulsion. 2013 Article Проблемы использования высокотемпературного газа для наддува топливных баков двигательных установок нового поколения и пути их решения / Ю.А. Митиков, Н.Ф. Свириденко // Техническая механика. — 2013. — № 1. — С. 68-77. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1561-9184 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88377 629.7.036.5 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	С целью выбора и обоснования перспективных путей совершенствования характеристик высокотемпературных систем наддува топливных баков двигательных установок ракет-носителей проведены экспериментальные и расчетные исследования осуществления наддува подачей высокотемпературного газа во внутрибаковое пространство в виде последовательности турбулентных вихревых колец (ТВК), характеризующихся значительной дальнобойностью при невысокой начальной скорости движения.
format	Article
author	Митиков, Ю.А. Свириденко, Н.Ф.
spellingShingle	Митиков, Ю.А. Свириденко, Н.Ф. Проблемы использования высокотемпературного газа для наддува топливных баков двигательных установок нового поколения и пути их решения Техническая механика
author_facet	Митиков, Ю.А. Свириденко, Н.Ф.
author_sort	Митиков, Ю.А.
title	Проблемы использования высокотемпературного газа для наддува топливных баков двигательных установок нового поколения и пути их решения
title_short	Проблемы использования высокотемпературного газа для наддува топливных баков двигательных установок нового поколения и пути их решения
title_full	Проблемы использования высокотемпературного газа для наддува топливных баков двигательных установок нового поколения и пути их решения
title_fullStr	Проблемы использования высокотемпературного газа для наддува топливных баков двигательных установок нового поколения и пути их решения
title_full_unstemmed	Проблемы использования высокотемпературного газа для наддува топливных баков двигательных установок нового поколения и пути их решения
title_sort	проблемы использования высокотемпературного газа для наддува топливных баков двигательных установок нового поколения и пути их решения
publisher	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
publishDate	2013
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88377
citation_txt	Проблемы использования высокотемпературного газа для наддува топливных баков двигательных установок нового поколения и пути их решения / Ю.А. Митиков, Н.Ф. Свириденко // Техническая механика. — 2013. — № 1. — С. 68-77. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
series	Техническая механика
work_keys_str_mv	AT mitikovûa problemyispolʹzovaniâvysokotemperaturnogogazadlânadduvatoplivnyhbakovdvigatelʹnyhustanovoknovogopokoleniâiputiihrešeniâ AT sviridenkonf problemyispolʹzovaniâvysokotemperaturnogogazadlânadduvatoplivnyhbakovdvigatelʹnyhustanovoknovogopokoleniâiputiihrešeniâ
first_indexed	2025-07-06T16:07:59Z
last_indexed	2025-07-06T16:07:59Z
_version_	1836914394817101824
fulltext	УДК 629.7.036.5 Ю.А. МИТИКОВ, Н.Ф. СВИРИДЕНКО ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ГАЗА ДЛЯ НАДДУВА ТОПЛИВНЫХ БАКОВ ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ С целью выбора и обоснования перспективных путей совершенствования характеристик высокотем- пературных систем наддува топливных баков двигательных установок ракет-носителей проведены экспе- риментальные и расчетные исследования осуществления наддува подачей высокотемпературного газа во внутрибаковое пространство в виде последовательности турбулентных вихревых колец (ТВК), характери- зующихся значительной дальнобойностью при невысокой начальной скорости движения. Установлены режимы движения ТВК, характеризующиеся минимальными потерями «горячего» газа по пути движения ТВК, незначительной интенсивностью гидродинамического и тепломассообменного взаимодействия газа наддува с поверхностью компонента топлива (КТ)) и высокой интенсивностью пере- мешивания свободного газового объёма бака. Сформулированы методические рекомендации, позволяю- щие осуществлять рациональный выбор начальной скорости движения и геометрические характеристики ТВК. С использованием апробированных методик определены сравнительные характеристики системы наддува с подачей газа в виде ТВК и традиционно используемой высокоскоростной затопленной струи, продемонстрировавшие возможность существенного (до 15 – 25 %) снижения расхода газа на наддув при его подаче в виде ТВК и уменьшения прогрева верхнего слоя КТ. З метою вибору і обґрунтування перспективних шляхів вдосконалення характеристик високотемпе- ратурних систем наддуву паливних баків рухових установок ракет-носіїв проведено експериментальні і розрахункові дослідження здійснення наддуву подачею високотемпературного газу у внутрішньобаковий простір у вигляді послідовності турбулентних вихрових кілець (ТВК), що характеризуються значною дале- кобійністю при невисокій початковій швидкості руху. Встановлено режими руху ТВК, що характеризуються мінімальними втратами «гарячого» газу по шляху руху ТВК, незначною інтенсивністю гідродинамічної і тепломасообмінної взаємодії газу наддуву з поверхнею компоненту палива (КП) і високою інтенсивністю перемішування вільного газового об'єму бака. Сформульовано методичні рекомендації, що дозволяють здійснювати раціональний вибір початкової швидкості руху і геометричні характеристики ТВК. З використанням апробованих методик визначено порівняльні характеристики системи наддуву з по- дачею газу у вигляді ТВК і традиційно використаного високошвидкісного затопленого струменя, що про- демонстрували можливість істотного (до 15 – 25 %) зниження витрати газу на наддув при його подачі у вигляді ТВК і зменшення прогрівання верхнього шару КП. Experiments and calculations of pressurization by feeding a high-temperature gas into an intratank space in the form of the sequence of the turbulent vortex rings (TVRs) characterizing by a significant range at a moderate initial rate of motion are carried out for the purpose of the choice and the validity of ways for improving the characteristics of high-temperature systems for pressurization of the launch vehicle (LV) fuel-tank propulsion. The TVRs motion conditions characterizing by minimal losses in a hot gas on the path of the TVRs motion, a moderate intensity of hydrodynamical and heat-mass exchange interactions between the gas pressurization and a high intensity of mixing a free gas volume of the tank are found. Methodic recommendations are formulated allowing a rational choice of an initial speed of motion and the TVRs geometrical characteristics. Comparative characteristics of the pressurization systems with gas feeding in the form of TVRs and a traditionally used high-speed submerged jet resulting in a significant reduction (up to 15-25%) of gas rate for pressurization in its feeding as TVRs and a decrease in a warm-up of the upper fuel-component layer are found using the approved techniques. Постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными научными и практическими задачами. Системы наддува (СН) топливных баков двига- тельных установок (ДУ) ракет-носителей (РН) предназначены для поддержа- ния уровня давления в топливных баках (ТБ), требуемого для бескавитацион- ной работы заборных устройств и двигателей, устойчивости тонкостенных конструкций баков. Тип и характеристики СН оказывают значительное влия- ние на конструктивную сложность ракеты и стартового комплекса, эффек- тивность и полноту использования ограниченных бортовых запасов топлива, удобство и безопасность эксплуатации РН. Неудивительно, что они относятся к числу наиболее сложных систем (структурно и функционально). В связи с  Ю.А. Митиков, Н.Ф. Свириденко, 2013 Техн. механика. – 2013. – № 1. 68 этим задача совершенствования СН является неизменно актуальной [1, 2]. Выделение нерешенных ранее частей общей проблемы, которым по- свящается данная статья. Как показано в ряде работ последнего времени, например [2, 3], наиболее распространенные газобаллонные гелиевые СН ба- ков ДУ, использующих компоненты топлива «жидкий кислород – керосин», исчерпали свои резервы и уже далеко не в полной мере отвечают современ- ным требованиям. Одним из перспективных направлений совершенствования СН топливных баков ДУ на указанных компонентах топлива является ис- пользование в качестве рабочего тела высокотемпературного генераторного газа [3, 4]. Аналогичные СН с успехом использовались на межконтиненталь- ных баллистических ракетах (МБР) разработки Государственного конструк- торского бюро (ГКБ) «Южное» [5] и др. на компонентах топлива азотный тетраоксид (АТ) и несимметричный диметилгидрозин (НДМГ). Они обеспе- чивали конструктивную простоту как стартовой позиции, так и самого носи- теля (повышение надежности), минимальную стоимость обслуживания, по- вышение энергетических характеристик МБР. Однако непосредственное заимствование этих разработок для РН, двига- тели которых работают на жидком кислороде и керосине, не представляется возможным по многим причинам. Так, даже в достигнутом температурном диапазоне генераторного газа на входе в баки МБР до 1120 К в восстанови- тельном генераторном газе на кислороде и керосине содержится до 5% сажи. Сажа отсутствует в продуктах сгорания при температурах ~ 1750 К (при рав- новесных процессах). При этой же температуре реализуется и максимальная газовая постоянная продуктов сгорания. Однако уже при температурах 1120 К температура верхнего алюминиевого днища бака получена на грани допустимой. Окислительный генераторный газ содержит конденсируемую фазу (вода, углекислота), которая крайне нежелательна в баке с криогенным окислителем. Основным методом борьбы с конденсацией является повыше- ние температур газа на входе в бак и среднемассовой – в свободном объеме бака. Характерной особенностью СН топливных баков ДУ МБР была подача высокотемпературного рабочего тела наддува во внутрибаковое пространство в виде высокоскоростной турбулентной струи, которая обеспечивала пере- мешивание газа в части свободного газового объема (СГО) бака. Для наддува баков большого удлинения 3,55,2 бl современных РН и большей степени неизотермичности перспективного рабочего тела такой способ ввода не пред- ставляется возможным. Это обусловлено рядом обстоятельств: – ограниченной дальнобойностью более неизотермической струи высо- котемпературного газа в стесненных условиях баков большого удлинения [6]; – интенсивным взаимодействием струи генераторного газа с поверхно- стью компонента топлива (КТ), сопровождающимся провалом давления в на- чальный период при значительных уровнях заполнения ТБ и последующим зависанием струи под действием силы Архимеда, приводящим в конечном итоге к перегреву верхнего днища бака [7]; – формированием устойчивой температурной стратификации газа в СГО при достижении им относительной высоты 0251 ,,  K qcn D l [8, 9] в процессе опорожнения бака, где – диаметр бака, – высота СГО. KD qcnl 69 Формулирование целей статьи. Изложенное предопределяет необ- ходимость поиска и реализации принципиально иных способов подачи высо- котемпературного газа наддува в СГО ТБ, способных обеспечить: – более высокую дальность подачи высокотемпературного газа в бак и эффективную температурную дестратификацию СГО баков больших удлине- ний; – снижение потерь тепла в ограничивающие СГО поверхности по всему времени наддува. Анализ различных аспектов этой проблемы [10] показал, что перспектив- ным путём решения рассматриваемой задачи может являться подача высоко- температурного газа в бак в виде движущихся упорядоченных структур – турбулентных вихревых колец (ТВК), характерной особенностью которых является способность проходить значительные расстояния ( м) даже при относительно небольшой начальной скорости движения ( м/с) [11]. Указанная особенность ТВК может позволить снизить интенсивность взаи- модействия газа наддува с поверхностью КТ, в том числе при больших уров- нях заполнения ТБ, обеспечить эффективное перемешивание СГО, добиться малых потерь тепла в стенки бака и, как следствие, уменьшения расхода газа на наддув ТБ [12]. 20L 30 v Изложение основного материала исследования с полным обоснова- нием полученных научных результатов. Для подтверждения перечислен- ных выше положений проводились эксперименты на установке, схема кото- рой приведена на рис. 1. Установка состояла из модельной цилиндрической ёмкости 1 из оргстек- ла диаметром 0,4 м и высотой обечайки ~ 1,1 м. На верхнем днище ёмкости размещались генератор вихревых колец 2 (ГВК), подогреватель воздуха 3, генератор дыма 4 для визуализации ТВК. Установка была снабжена ёмкостью со сжатым воздухом 6, редукторами 7 и 10, измерительными приборами и осветителем. Управление частотой и длительностью импульсов расхода воздуха на входе ГВК, обеспечивающих формирование и началь- ную скорость движения ТВК, осуществля- лось с помощью электропневмоклапана (ЭПК) (на схеме не показан). Регистрация процесса движения ТВК и их взаимодействия с поверхностью жидкости осуществлялась съёмкой кинокамерой «12 Конвас» с частотой 8 – 12 кадров/с. При проведении экспериментальных ис- следований варьировались следующие ре- жимные параметры: – давление перед ЭПК ( Н/м2); 510200  – частота следования импульсов ( 200  Гц); – длительность импульса (0,011 с; 0,013 с; 0,020 с); Рис. 1 – высота свободного газового объёма ёмкости 1, измеряемая по её оси от выходного сечения ГВК 2 до свободной поверхности жидкости ( м). 1,10  70 Основные параметры ТВК (начальная скорость, скорость на участках дистанции, дальнобойность) определялись как экспериментально (по прохо- ждению вихрем контрольного расстояния), так и расчётом по известным за- висимостям для нестеснённого движения [11]. При этом под дальнобойно- стью ТВК понималось наибольшее расстояние, которое оно проходило по оси ёмкости до момента разрушения. Эксперименты проведены в диапазоне изменения начальной скорости вертикального движения ТВК от 4,0 до 10 м/с и частотах их генерирования 8, 10 и 15 Гц. Установлено, что стесняющее влияние стенок ёмкости на процесс фор- мирования и распространения ТВК при отношении диаметра ёмкости к диа- метру ТВК отсутствует. При этом последовательно движущие- ся ТВК являются более устойчивыми образованиями по сравнению с одиноч- ными и характеризуются меньшими потерями газа в окружающую среду (см. рис. 2, где представлено теневое изображение последовательно движущихся ТВК). С увеличением частоты свыше 5 – 8 Гц из последовательно движущих- ся ТВК формируется устойчивый вихревой «столб», длина которого возрас- тает с увеличением массы газа в ТВК и его начальной скорости. 4/ ТВКб dD Как и в работах [10, 12], отмечено, что при 2010 f Гц достигается максимальная протяжённость вихревого «столба». При этом размеры ТВК практически не изменяются в процессе движения, что свидетельствует о воз- можности переноса ими высокотемпературного газа на значительные расстояния без существенных потерь в окружающую среду. Относительно взаимодействия ТВК с поверхностью жидкости из анализа кинограмм выявлено наличие спе- цифических особенностей этого процесса, состоящих в следующем: – при приближении ТВК к поверхности жидкости происходит скачкообразное уменьшение нормальной скорости его движения, что обусловливает существен- ное (в 4 – 5 раз) уменьшение деформации поверхности от воздействия ТВК по сравнению с воздействием струи с аналогичными значениями дальнобойности и расхода (см. рис. 3 а и 3 б соответственно); – уменьшение нормальной скорости движения ТВК сопровождается увеличением радиуса кольцевой оси вихря, т. е. его растеканием вдоль поверхности жидко- сти (см. рис. 4) под действием силы Жуковского Н. Е. [11]; – разрушение ТВК в процессе растекания происхо- дит таким образом, что между поверхностью жидкости и «горячим» газом ядра вихря формируется подслой из «холодного» газа, находящегося в атмосфере ТВК; Рис. 2 – наличие «холодного» подслоя способствует уменьшению интенсивно- сти тепломассообменных процессов между газом наддува и поверхностью жидкости. Указанные особенности позволяют с высокой степенью достоверности полагать, что при подаче газа наддува в режиме ТВК в свободном газовом объёме ТБ будут доминировать свободноконвективные течения с характер- 71 ными для этого режима низкими коэффициентами теплоотдачи от газа над- дува к ограничивающим СГО поверхностям, определяемыми критериальной зависимостью [1] . (1) 330130 .)(Pr, GrNu  Отмечено также, что периодическое воздействие ТВК на поверхность жидкости приводит к образованию на ней коротких гравитационных волн. Механизм их возбуждения носит резонансный характер, т. е. волны, возник- шие при ударах ТВК, подпитываются энергией растекающихся вихревых ко- лец. Характерная особенность этих волн состоит в том, что они возбуждают циркуляционные течения жидкости в её приповерхностном слое толщиной порядка длины волны ( ), которая связана со скоростью их движения соотношением [13] BU gn U x B 22   , (2) где – продольная перегрузка; xn g – ускорение свободного падения на по- верхности Земли, м/с2. а) б) Рис. 3 72 Оценки показывают, что при скорости волны, составляющей ~ 0,5 м/с, её длина, а значит и глубина перемешивания жидкости составит ~ 0,04 м, что приведёт к уменьшению максималь- ной температуры поверхности жид- кости и, как следствие, скорости её испарения при подаче высокотемпе- ратурного газа на наддув ТБ в ре- жиме ТВК. В целом результаты проведен- ных экспериментов и их анализ по- зволяют сделать заключение о пер- спективности рассматриваемого способа подачи высокотемператур- ного газа наддува в СГО топливных баков РН. При этом для достижения максимального положительного эф- фекта начальную скорость движения ТВК необходимо выбирать, исходя, с одной стороны, из условия дости- жения дальности подачи газа надду- ва, соизмеримой с длиной ТБ и обеспечивающей максимальную ин- тенсивность перемешивания СГО, а с другой – из условия отсутствия разрушения поверхности топлива, сопровождающегося ростом потерь тепла газом. В первом случае начальная скорость ТВК (без учёта тормозяще- го действия архимедовой силы) определится соотношением [11] Рис. 4 4 0 3 0 1000R L U гнmax , (3) где – максимальная высота СГО топливного бака, м; – начальный радиус ТВК, м; maxL 0R гн – кинематическая вязкость газа наддува, м2/с. Значение критической скорости ТВК, натекающего на поверхность топ- лива, при которой происходит нарушение её сплошности, может быть полу- чено из баланса сил (аэродинамической и поверхностного натяжения) в виде соотношения   2/1 кт гн кр 34   gnU x , (4) где  – коэффициент поверхностного натяжения компонента топлива, Н/м; гн – плотность газа наддува, кг/м3; кт – плотность верхних слоёв КТ в ба- ке, кг/м3. Принимая во внимание, что оценки скорости ТВК по соотношениям (3), (4) являются предельными, рациональное значение начальной скорости ТВК лежит в диапазоне 73 4 0 3 1000R L гнmax  0U  2134 / кт гн   gnx  . (5) При выборе рациональных, с точки зрения эффективного перемешивания СГО, параметров ТВК из высокотемпературного газа наддува целесообразно использовать зависимость изменения степени температурной неоднородности перемешиваемой в ограниченном объёме среды T T , где T – средняя темпе- ратура газа в СГО, а T – отклонение температуры в локальных зонах СГО от среднего значения, от кратности циркуляции , инициируемой движени- ем ТВК и газа наддува после их разрушения [14]. цK Полученное с использованием указанной зависимости соотношение для определения текущей кратности циркуляции в процессе опорожнения ТБ РН имеет вид 0 т 3 твктвк 2 твкБ твк 2 твкБ кт цт H)( H l fdUdD fUdD Q K n     232 2 2  , (6) где – расход КТ из бака, м3/с; – диаметр топливного бака, м; – диаметр ТВК, м; – скорость движения ТВК, м/с; – частота следова- ния ТВК, с-1; – начальная высота СГО, м; – текущая высота СГО, м. ктQ БD твкd твкU f 0H тH Выражение для оценки степени температурной неоднородности газовой среды в СГО топливного бака РН имеет вид [14]                2 2,6 exp цтK T T . (7) Соотношения (3) – (7) позволяют осуществлять выбор основных режим- ных параметров и характеристик ТВК, обеспечивающих значительное улуч- шение энергомассовых показателей систем наддува ТБ РН. Результаты расчётных оценок основных характеристик газовой среды в СГО (давления P и температуры T ) в процессе опорожнения бака диамет- ром м с относительным удлинением 3Б D 5,3l , заполненным высококи- пящим КТ с начальным объёмом газовой подушки м3, который над- дувается генераторным газом ( 5,0п V 780гT К), вводимым в СГО в режимах высо- коскоростной струи с расходом 8,0m кг/с и последовательности ТВК ( 6 кг/с), полученные с использованием апробированных источников [1, 8, 15], приведены на графиках рис. 5. 5,0m 74 При этом при расчётах струйного режима подачи газа наддува (СТР) рассмотрены два предельных случая, соответствующие: Рис. 5 – подаче газа со скоростью , обеспечивающей отсутствие разруше- ния поверхности КТ; minU – подаче газа со скоростью , обеспечивающей максимальную даль- нобойность струи в стеснённых условиях внутрибакового пространства. maxU Как следует из полученных данных, в случае малой скорости ввода струи давление в СГО ( minU стрP ) изменяется незначительно, однако наблюдается зна- чительное повышение температуры верхнего днища бака ( minU стT ) и превыше- ние ею максимально допустимого значения ( допTст ) на ~ 25%. Ввод струи со скоростью обусловливает значительный провал по давлению в СГО ( maxU maxU стрP ), вызванный внедрением газа наддува в жидкость. Средняя температура газа в СГО ( maxU стрT ) невелика, поскольку в процессе взаимодействия газа наддува с КТ происходит его интенсивное охлаждение. Результаты расчёта средних по объёму СГО значений давления и темпе- ратуры при подаче газа наддува в режиме ТВК ( твкP и твкT ) приведены на рис. 5 в виде их зависимостей изменения от времени в процессе опорожнения бака. Как видно из приведенных результатов, режим ввода высокотемпера- турного газа в виде ТВК в сопоставимых условиях позволяет сэкономить до 15 % газа наддува. Причем, с ростом температуры вводимого газа эффектив- ность предложенного способа будет только расти, а с определенного момента подача газа в бак в виде ТВК становится единственно возможным способом. На рис. 6 приведены результаты расчёта прогрева компонента топлива для подачи газа наддува в режиме струи со скоростью и в виде после- довательности ТВК, обусловливающей существенное (более чем в ~ 2 раза) снижение абсолютной величины прогрева поверхностного слоя топлива как по температуре поверхности, так и по интегральному теплопоступлению в стр maxU 75 него в процессе опорожнения ТБ. Рис. 6 Выводы из данного исследования и перспективы дальнейших работ в данном направлении. В целом результаты проведенных исследований по- зволяют сделать однозначный вывод о перспективности высокотемператур- ных систем наддува топливных баков двигательных установок с подачей ра- бочего тела в топливные баки в режиме последовательности турбулентных вихревых колец, обеспечивающих: – требуемую дальность подачи газа наддува в стеснённых условиях внутрибакового пространства; – минимальные деформации и прогрев поверхности топлива; – эффективное выравнивание температуры газа в свободном объёме топ- ливного бака; – минимальные потери тепла, привносимого газом наддува в граничные поверхности; – повышение работоспособности газа в свободном газовом объёме и, как следствие, энергомассовых характеристик системы питания двигательной установки и ракеты-носителя в целом. Исследования целесообразно продолжить в направлении выбора опти- мальной конструкции генератора вихревых колец применительно к условиям двигательных установок ракет-носителей, изучения взаимодействия естест- венного контура циркуляции топлива в баке под действием аэродинамиче- ского нагрева его стенок с короткими гравитационными волнами, возникаю- щими при взаимодействии ТВК с поверхностью топлива. 1. Беляев Н. М. Системы наддува топливных баков ракет / Н. М. Беляев. – М. : Машиностроение. – 1976. – 335 с. 2. Пути повышения надежности и безопасности эксплуатации ракетных комплексов / Ю. А. Митиков, В. А. Антонов, М. Л. Волошин, А. И. Логвиненко // Авиационно-космическая техника и технология. – 2012. – № 3 (90). – C. 30 – 36. 76 77 3. Митиков Ю. А. Генераторный наддув бака с РГ-1 ракеты-носителя / Ю. А. Митиков // Восточно- европейский журнал передовых технологий. – 2012. – № 4/8 (58). – С 6 – 9. 4. Мітіков Ю. О. Підвищення ефективності генераторної системи наддування бака з рідким киснем / Ю. О. Мітіков, М. В. Тиха // Космічна наука і технологія. – 2012. – Т.18, № 5. – С. 24 – 28. 5. Призваны временем. Ракеты и космические аппараты конструкторского бюро «Южное» / под общей ред. С. Н. Конюхова. – Д. : Арт-пресс, 2004. – 230 с. 6. Митиков Ю. А. Определение коэффициентов стеснения неизотермических турбулентных струй / Ю. А. Митиков, С. А. Куда // Проектирование сложных технических систем : Сб. науч. тр. – Киев : Наук думка, 1989. – С.153 – 155. 7. Митиков Ю. А. Расчет параметров системы наддува с учетом взаимодействия струи газа с компонентом топлива [Текст] / Ю. А. Митиков, Г. М. Иваницкий // Холодильная техника и технология. – 2012. – № 2 (136). – C. 18 – 25. 8. Козлов А. А. Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок / А. А. Козлов, В. Н. Новиков, Е. В. Соловьев. – М. : Машиностроение. – 1988. – 352 с. 9. Кендл Д. Влияние перемешивания в подушке на характеристики системы наддува / Д. Кендл // ВРТ. – 1971. – №6. – С. 22 – 25. 10. Будник В. С. Обобщённый энергетический подход к организации тепломассообменных процессов в свободном газовом объёме топливных баков жидкостных ракет / В. С. Будник, Ю. Ф. Даниев, Н. Ф. Свириденко // Техническая механика – 1998. – Вып. 7. – С. 98 – 106. 11. Тарасов В. Ф. Экспериментальное исследование переноса примеси турбулентным вихревым кольцом [Текст] / В. Ф. Тарасов, В. И. Якушев // ПМТФ. – 1974. – №1. – С. 130 – 136. 12. Митиков Ю. А. Использование вихревых колец для наддува топливных баков двигательных установок ракет-носителей / Ю. А. Митиков // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – 2012. – №5/7 (59). – С.30 – 35. 13. Лаврентьев М. А. Проблемы гидродинамики и их математические модели / М. А. Лаврентьев, Б. В. Шабат. – М. : Наука, 1973. – 416 с. 14. Васильцов Э. А. Аппараты для перемещения жидких сред // Э. А. Васильцов, В. Т. Ушакова. – Л. : Ма- шиностроение, 1979. – 262 с. 15. Мосейко В. А. Стратификация жидкости при нагреве сверху / В. А. Мосейко // Проектирование сложных технических систем : Сб. науч. тр. – Киев : Наук думка, 1989. – С.47 – 51. Днепропетровский национальный университет Получено 27.02.13, им. Олеся Гончара, в окончательном варианте 01.03.13 Институт технической механики НАН Украины и ГКА Украины, Днепропетровск

Проблемы использования высокотемпературного газа для наддува топливных баков двигательных установок нового поколения и пути их решения

Репозитарії

Схожі ресурси