Study of characteristics of the launch vehicle fuel line gas damper

Abstract

1 Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет)2 АО «РКЦ «Прогресс», г. СамараПри разработке и эксплуатации жидкостной ракеты-носителя (РН) важным является обеспечение её устойчивости по отношению к продольным колебаниям корпуса (продольной устойчивости) при всех возможных возмущающих воздействиях. Известно, что одним из эффективных способов обеспечения продольной устойчивости РН является применение газовых демпферов, устанавливаемых в топливопод-водящей магистрали. Корректный выбор характеристик демпфера позволяет исключить совпадение соб-ственных частот колебаний давления жидкости в топливной магистрали и корпуса РН и тем самым обес-печить продольную устойчивость. Для исследования характеристик газового демпфера применяются методы математического и численного моделирования с использованием программных пакетов MatLab/Simulink и AMESim. В работе представлена математическая модель газового демпфера, исследо-ваны его переходные и частотные характеристики. Рассчитана входная акустическая проводимость газо-вого демпфера как его обобщённая динамическая характеристика. Построены зависимости изменения объёма от давления жидкости на входе в демпфер при гармонических колебаниях. Разработанная модель может быть использована при анализе частотных характеристик топливоподающей магистрали в рамках решения задачи обеспечения продольной устойчивости РН. Ракета ВведениеОдним из традиционных мероприя-тий по обеспечению требуемых частотных характеристик топливных магистралей РН является использование демпфирующих устройств. Например, для обеспечения продольной устойчивости РН необходимо разнести резонансные частоты корпуса и топливных магистралей, ввести демпфи-рование колебаний расхода топлива [1][2][3]. Решение этой задачи не может быть вы-полнено только за счёт выбора конструк-тивных параметров топливных магистра-лей из-за специфики конструкции жид-костных РН. Поэтому возникает необхо-димость в разработке средств коррекции частотных характеристик топливных ма-гистралей, названных в данной работе га-зовым демпфером. Несмотря на реализо-ванные конструктивные решения для обеспечения продольной устойчивости РН, в литературе мало внимания уделено методам расчёта корректирующих устройств и способам получения их дина-мических характеристик. Среди совре-менных работ, посвящённых исследова-нию корректирующих устройств, можно отметить [4], в которой была разработана упрощённая аналитическая модель, а ключевые параметры были определены на основе экспериментальных исследований.Целью работы является разработка математической модели и методики рас-чёта динамических характеристик газово-го демпфера, подключаемого к топливной магистрали, и исследование влияния кон-структивных параметров демпфера на его динамические свойства. При этом основ-ное внимание уделено расчёту входной акустической проводимости демпфера как обобщённой характеристике, определяю-щей его эффективность при обеспечении продольной устойчивости РН.