Проектирование решетчатых конструкций для защиты устройств отвода быстроразъёмных соединений от газодинамических нагрузок при старте ракеты космического назначения


Авторы

Чупина Е. С.1*, Ярославцева М. М.1**, Абдурашидов Т. О.2***

1. Филиал АО «ЦЭНКИ» - НИИСК им. В. П. Бармина, Москва, Россия
2. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: 2qchupina.yelizaveta@mail.ru
**e-mail: lostgalaxy74@yandex.ru
***e-mail: rocket37@yandex.ru

Аннотация

Для защиты конструктивных элементов от набегающего потока, при старте ракеты космического назначения, предлагаются специальные защитные решётки. В данной работе было рассмотрено влияние решёток на изменение параметров газодинамического потока при проходе через ячейки решётки.
Целью работы является выбор конструкции решётки, которая может обеспечить снижение газодинамических нагрузок на оборудование, установленное на кабель-заправочной башне. В работе представлены варианты конструкции решёток с различным коэффициентом проницаемости.
Проведено численное моделирование с использованием сеточных методов расчета потока. В программе, реализующей численный метод расчёта газового потока, на основе 3D модели, была построена блочно-структурированная сеточная модель, состоящая из прямоугольных элементов. При моделировании рассмотрено несколько расчетных случаев для различных скоростей и температур набегающего потока.
Информация…об изменении параметров потока, проходящего через решетку, считывалась на контрольных точках на различных расстояниях от решётки. По результатам проведенных расчетов были получены зависимости потерь давления от режима течения через решётки различной конфигурации. Предложена мостовая конструкция, позволяющая снизить газодинамические нагрузки на быстроразъёмные соединения до допустимых уровней.
Результаты расчета взаимодействия газовых струй с решётчатым настилом являются исходными данными для последующего прочностного анализа решётчатых конструкций.
В работе приводится мультидисциплинарный подход к определению облика конструкции защитной решётки. Рассмотрены вопросы прочности изделия при циклическом газодинамическом воздействии на решётку. Получена диаграмма циклического деформирования элемента решётки при циклическом газодинамическом воздействии.
Используя результаты комплексного моделирования, разработана мостовая рама для защиты разъёмных соединений при помощи ранее предлагаемых решёток. Данная конструкция показывает наилучшую сопротивляемость газодинамическому воздействию, чем сплошной настил. Результаты данной работы могут использоваться при проектировании решётчатых конструкций для защиты любого другого объекта наземной космической инфраструктуры, подверженного газодинамическому воздействию.

Ключевые слова:

газодинамика, сверхзвуковые струи, численное моделирование, защитные решётки, прочность, конструкция, компьютерное моделирование

Библиографический список

  1. Ушаков Р.Е., Фомин К.И., Гостинов Д.А. Экспериментальное исследование газодинамических характеристик спрямляющей решётки при её обтекании нагретым потоком // XV Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 21–24 сентября 2022): сборник докладов. – М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2023. С. 19-26.
  2. Еремеевский Е.А., Чорная А.Г., Артюх Р.Л. Исследование методами вычислительной газодинамики лопаточной решётки соплового апарата турбины высокого давления // Динамика систем, механизмов и машин. 2016. Т. 1. № 1. С. 163-167.
  3. Абдурашидов Т.О., Осипов А.В., Корчагова В.Н., Крапошин М.В., Смирнова Е.В., Стрижак С.В. Применение открытого программного обеспечения для решения задач газодинамики старта ракеты-носителя // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2017. № 4. С. 7-20.
  4. Бирюков Г.П., Бут А.Б., Хотулев В.А., Фадеев А.С. Газодинамика стартовых комплексов. - М.: Рестарт, 2012. - 364 с.
  5. Guo X. et al. Effect of polymer drag reducer on rheological properties of rocket kerosene solutions // Materials, 2022, vol. 15, no. 9, pp. 3343. DOI: 10.3390/ma15093343
  6. Кудимов Н.Ф., Сафронов А.В., Третьякова О.Н. Прикладные задачи газодинамики и теплообмена в энергетических установках ракетной техники. - М.: Изд-во МАИ, 2014. – 167 с.
  7. Абдурашидов Т.О., Бут А.Б., Чупина Е.С. Результаты численного моделирования истечения сверхзвуковой струи // Труды МАИ. 2023. № 130. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=174624. DOI: 10.34759/trd-2023-130-24
  8. Антипова М.С., Дядькин А.А., Запрягаев В.И., Крылов А.Н. Компьютерное моделирование истечения холодной сверхзвуковой струи из конического сопла с использованием программного пакета FLOEFD // Космическая техника и технологии. 2016. № 1 (12). C. 5-11.
  9. Жлуктов С.В., Аксенов А.А., Кураносов Н.С. Моделирование турбулентных сжимаемых течений в программном комплексе FlowVision // Компьютерные исследования и моделирование. 2023. Т. 15. № 4. С. 805-825. DOI: 10.20537/2076-7633-2023-15-4-805-825
  10. Кравчук М.О., Кудимов Н.Ф., Сафронов А.В. Вопросы моделирования турбулентности для расчета сверхзвуковых высокотемпературных струй // Труды МАИ. 2015. № 82. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=585363
  11. Сназин А.А., Шевченко А.В., Панфилов Е.Б. Исследование локальной адаптации сетки конечных элементов в задаче обтекания тела сверхзвуковым потоком // Труды МАИ. 2022. № 125. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=168165. DOI: 10.34759/trd-2022-125-06
  12.  Jiang, C., Han, T., Gao, Z., & Lee, C.-H. A review of impinging jets during rocket launching // Progress in Aerospace Sciences, 2019, vol. 109, pp. 100547. DOI: 10.1016/j.paerosci.2019
  13. ГОСТ Р 51282-99. Оборудование технологическое стартовых и технических комплексов ракетно-космических комплексов. - М.: Издательство стандартов, 1999. – 36 с.
  14. Головчинский В.О., Головчинская Н.В., Федоров А.В. Прогнозирование показателей ресурса циклически нагруженных элементов в агрегатах стартового комплекса при отсутствии дефектов // Труды Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского. 2021. № 677. С. 210-217.
  15. Гула Д.Н., Головчинская Н.В., Миргородский А.Н., Моторин В.М. Исследование применяемых материалов и существующих конструкций теплозащитных покрытий элементов стартового сооружения // Актуальные проблемы военно-научных исследований. 2020. № 10. С. 93-97.
  16. Зверев В.А., Ульяненков А.В., Языков А.В. Расчетный анализ несущих элементов агрегатов стартового комплекса для ракеты космического назначения «Союз-2. 1в» // Машиностроение и компьютерные технологии. 2014. № 9. С. 119-131.
  17. Салов П.Н. Прогнозирование и рациональное восстановление ресурса инженерно-строительных элементов стартового комплекса // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. 2011. № 633. С. 73-77.
  18. Ульяненков А.В., Иванов М.Ф. Исследование напряженно-деформированного состояния стартово-стыковочного блока для перспективной ракеты тяжелого класса // Инженерный вестник. 2014. № 12. С. 14.
  19. Ярославцева М.М. Численная оценка долговечности элемента газоотражателя при длительной эксплуатации стартового комплекса // XLVII Академические чтения по космонавтике – 2023, посвященный памяти академика С.П. Королёва и других выдающихся отечественных ученых — пионеров освоения космического пространства (Москва, 24–27 января 2023): сборник тезисов. – М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2023. Т. 2. С. 220-221.
  20. Ярославцева М.М. Анализ местной прочности эксплуатируемых силовых конструкций агрегатов стартовых комплексов при действии газодинамической нагрузки // Международная молодежная научная конференция «XLVII Гагаринские чтения - 2021» (Москва, 20–23 апреля 2021): сборник тезисов. – М.: Изд-во «Перо», 2021. C. 834.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход