Экспериментальная оценка невырабатываемых остатков топлива разгонных блоков на заключительных этапах полета


DOI: 10.34759/trd-2020-110-7

Авторы

Сапожников В. Б. 1*, Корольков А. В. 1**, Константинов С. Б. 2***, Александров Л. Г. 2****

1. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1, Москва, 105005, Россия
2. Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина, ул. Ленинградская, 24, Химки, Московская область, 141400, Россия

*e-mail: sapojnikov47@mail.ru
**e-mail: korolkov@mgul.ac.ru
***e-mail: konstantinov@laspace.ru
****e-mail: aia@laspace.ru

Аннотация

Работа посвящена физическому моделированию процесса опорожнения баков разгонных блоков космической техники от компонентов топлив в условиях действия на жидкость ускорений различных значений. В качестве критерия моделирования выбирается число Фруда. Исследовательские эксперименты проводятся на прозрачной физической модели бака, заполняемой различным количеством модельной жидкости, которая истекает из модели с различными значениями расходов в процессе падения исследовательского контейнера с моделью в шахте «башни невесомости» (или «бросковой башни»).

В испытаниях определяется влияние числа Фруда на невырабатываемые остатки жидкости в модели, вызванные «динамическим провалом» поверхности раздела «жидкость-газ» в сливное отверстие бака при её выработке (воронкообразование). Получена аппроксимационная формула зависимости объёма невырабатываемого остатка от числа Фруда при опорожнении бака. По результатам испытаний показано, что полученная зависимость достаточно точно описывает исследуемый процесс до значений Фруда Fr ≤ 104. В области значений Fr ˃ 10-4 начинают оказывать на результат силы поверхностного натяжения, и помимо числа Фруда следует учитывать при физическом моделировании и число Бонда.

Ключевые слова:

топливный бак, разгонный блок, действующее ускорение, воронкообразование, физическое моделирование, критерий моделирования, истечение жидкости, «башня невесомости», «бросковая башня», аппроксимация, число Фруда, число Бонда

Библиографический список

  1. Александров А.А., Хартов В.В., Новиков Ю.М., Крылов В.И., Ягодников Д.А. Современное состояние и перспективы разработки капиллярных топливозаборных устройств из комбинированных пористо-сетчатых материалов для космических аппаратов с длительным сроком активного существования // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. 2015. № 6(105). С. 130 – 142.

  2. Сапожников В.Б., Меньшиков В.А., Партола И.С., Корольков А.В. Развитие идей профессора В.М. Поляева по применению пористо-сетчатых материалов для внутрибаковых устройств, обеспечивающих многократный запуск жидкостных ракетных двигателей // Вестник Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. 2006. № 2(63). С. 78 – 88.

  3. Сапожников В.Б., Корольков А.В. Математическое моделирование процесса опорожнения топливного бака летательного аппарата в условиях орбитального полета // Physical and Mathematical Problems of Advanced Technology Development: Abstracts of International Scientific Conference, BMSTU, Moscow, 17 – 19 November 2014, pp. 80 – 81.

  4. Беляев Н.М. Расчет пневмогидравлических систем ракет. – М.: Машиностроение, 1983. – 219 с.

  5. Кудрявцев В.М. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. – М.: Высшая школа, 1993. Т. 2 – 368 с.

  6. Партола И.С. Результаты проектирования и отработки капиллярных заборных устройств торового топливного бака РБ «Бриз-М» // Первая международная научно-техническая конференция «Аэрокосмические технологии», посвященная 90-летию со дня рождения академика В.Н. Челомея: Сборник докладов МГТУ им. Н.Э. Баумана. – М.: НПО «Машиностроение», 2004. С. 19 – 22.

  7. Большаков В.А., Новиков Ю.М., Партола И.С. Средства обеспечения сплошности жидких компонентов топлива в системе питания РБ «Бриз-М» с дополнительным (сбрасываемым) топливным баком // XXXIV Научные чтения, посвященные научному наследию и развитию идей К.Э. Циолковского: сборник докладов. Калуга, 1999. С. 78 – 86.

  8. Новиков Ю.М., Большаков В.А. Инженерная школа МГТУ им. Н.Э. Баумана: Комбинированные пористые сетчатые металлы. Эффективные, безопасные и экологичные изделия на их основе // Безопасность жизнедеятельности. 2005. № 11. С. 53 – 56.

  9. Багров В.В., Курпатенков А.В., Поляев В.М. и др. Капиллярные системы отбора жидкости из баков космических летательных аппаратов. – М.: УНПЦ «Энергомаш», 1997. – 328 с.

  10. Сапожников В.Б. Крылов В.И., Новиков Ю.М., Ягодников Д.А. Наземная отработка капиллярных фазоразделителей на основе комбинированных пористо-сетчатых материалов для топливных баков жидкостных ракетных двигателей верхних ступеней ракет-носителей, разгонных блоков и космических аппаратов // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 4. URL: http://engjournal. ru/ catalog/machin/rocket/707.html

  11. Поликовский В.И., Перельман Р.Г. Воронкообразование в жидкости с открытой поверхностью. – М.: Госэнергоиздат, 1959. – 191 с.

  12. Сизонов В.С. О динамическом провале уровня свободной поверхности жидкости конечной глубины над сливным отверстием // Известия АН СССР. Серия: Механика жидкости и газа. 1971. № 6. С. 72 – 75.

  13. Архипов В.А., Васенин И.М., Ткаченко А.С., Усанина А.С. О нестационарном всплытии пузырька в вязкой жидкости при малых числах Рейнольдса // Механика жидкости и газа. 2015. № 1. С. 86 – 94.

  14. Беляев Н.М., Шандоров Г.С. К вопросу о воронкообразовании без вращения при сливе жидкости через донные отверстия // Гидроаэромеханика. 1965. № 2. С. 27 – 32.

  15. Токарев В.Е. Истечение жидкости из емкости с образованием воронки // Известия Вузов. Серия: Авиационная техника. 1967. № 3. С. 37 – 43.

  16. Глушков А.В., Улыбышев С.Ю. Применение режима тактовой работы к двигательной установке для высокоточного орбитального маневрирования и переориентации космического аппарата // Труды МАИ. 2018. № 101. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=96960

  17. Асланов В.С., Юдинцев В.В. Тросовая буксировка объекта космического мусора с полостью, заполненной жидкостью // Труды МАИ. 2017. № 97. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=87150

  18. Рязанов В.В. Управление движением космического аппарата при бесконтактном уводе космического мусора // Труды МАИ. 2019. № 107. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=107837

  19. Сапожников В.Б., Корольков А.В. Отделение газа от жидкости в потоке газожидкостной смеси в условиях невесомости с помощью комбинированных пористо-сетчатых материалов // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. 2014. № 1(14). С. 60 – 65.

  20. Сапожников В.Б., Корольков А.В., Авраамов Н.И. и др. Влияние времени выхода на режим маршевого ЖРД на процесс опорожнения топливного бака летательного аппарата в условиях свободного орбитального полета // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2015. № 11. С. 603 – 617.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2020

Вход