Колесников К.С., Самойлов Е.А., Рыбак С.А., 1975 - Динамика топливных систем ЖРД
Описание файла
Файл "Колесников К.С., Самойлов Е.А., Рыбак С.А., 1975 - Динамика топливных систем ЖРД" внутри архива находится в папке "Колесников К.С., Самойлов Е.А., Рыбак С.А., 1975 - Динамика топливных систем ЖРД". DJVU-файл из архива "Колесников К.С., Самойлов Е.А., Рыбак С.А., 1975 - Динамика топливных систем ЖРД", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "силовые установки" из 4 семестр, которые можно найти в файловом архиве МАИ. Не смотря на прямую связь этого архива с МАИ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "силовые установки" в общих файлах.
Просмотр DJVU-файла онлайн
Распознанный текст из DJVU-файла
К60 ьДК (бо9 7 0365Ь629760!50636] 06124 Колесников К. С., Рыбак С, йы Самойлов Е. А. Динамика топливных систем ЖРД. М., «Ма»ниностроеиие>, 1975, 172 с. В книге рассмотрены вопросы динамики топливных систем ЖРД. Изложена методика анализа осесимметричиых колебаний топливных баков, колебаний жидкости в баках, имеющих «источники» и «стоки», динаыических характеристин упруго подвешенных топливных магистралей с криволинейными участка. мя, давлений при гидроударах, Предпринята попытка аналитн.
ческого выражения кавптационных явлений в шнекоцентро. бежиом насосе, которые оказывают бо.лысое влвяние на динамику подачи топлива в двигатель. Книга рассчитана на инженеров, занимающихся расчетом и проектированием топливных систем ЖРД. Она будет также полезна аспирантам н студентам вузов соответствующих спе. циальностей. Табл 3, ил. 75, список лиг. 85 назв Рецензеят д-р техн.
наук 7!. А. Абгарян 31808 †2 К вЂ” 202 — 76 038(01) — 75 !С) Издательство «Машиностроение» 1975 г. ВВЕДЕНИЕ Топливные системы современных ракет с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД) являются довольно <ложными. Они состоят яз топливных баков, насосов и магистралей для подвода топливных компонентов из баков к камерам сгорания двигателей.
Топливные баки представляют собой большие тонкостенные оболочки различной формы, зависяшей от конструквии ракеты. Наиболее часто применяются баки в ниде тел врашения (ш<лпндров, конусов, сфер, торов). Расходные магистрали (магистрали низкого давления) выполняются сравнительно большой длины. Для обеспечения заданного кавитационного запаса насосов при наддуве баков гидравлическое сопротивление в расходных магистралях должно быть незначительным, а скорость потока жидкости— небольшой. Основная доля потерь давления в расходных магистралях приходится на местные сопротивления — повороты, стыки, разветвления, пнроклапаны и т. д, На рис.
1 приведена схема топливной систем<х ракеты «ТорАджена» (3)) с одним маршевым двигателем 1. Бак ! горючего расположен в ве(ихней, а бак 2 окислителя — в нижней части ракеты. Магистрали горючего и окислителя имшот одинаковую структуру. Расходная магистраль горючего состоит пз длиннон трубы 4 низкого давлен~ия, которая через колено и участок трубы, расположенный в поперечной плоскости, соединяется с насосом 7 горючего. Труба низкого давления проходит через бак окислителя в туннельной трубе 5.
На схеме также показаны: расходная магистраль окислителя (короткая) б, насос 3 для окислителя, турбина 9,жидкостный газогенератор (ЖГГ) 10. Обе магистрали снабжены сильфонами 11, установленными вблизи турбонасосного агрегата (ТНА), и воронкогасителями 12 на выходе из баков. Топливная система ракеты-носителя «Титан-2» с двумя маршевыми двигателями приведена на рис. 2. Горючее пз баков подается по двум сравнительно коротким, одинаковым расходнь;м магистралям 5, на которых установлены гидравлические демпферы 3. Расходная магистраль окислителя 4 перед ТНА разветвляется на две ветви.
Кроме того, на рисунке показаны. узел крепления ТНА 1, насось* подачи топлива 2; сильфоны 11; напорная магистраль (магистраль высокого давления) 7; ЖРД 8. Более сложной является топливная система рвкегы «Атлас» (31), которая имеет один маршевый ~п два стартовых двигателя (рис. 3). Здесь 1 — бак окислителя; 2 — бак горючего; У вЂ” маршевый двигатель; 4 — стартовый двигатель. На рисунке показана система питания одного стартового двигателя. Система питания второго аналогична. Все магистрали снабжены сильфонамп и воронкогасителями, имеют много криволинейных участков.
В полете корпус ракеты, баки, топливпыс магистрали как тонкостенные конструкции под действием приложенных к ним сил испытывают значительные деформации. Кроме того, могут возни- ис. 3. Рис. 2 1! г св га 6 и и в кать продольные колебания ракеты, на развитие или затухание которых существенное влияние оказывают динамические характеристики ее топливной системы. Исследованиям колебаний упругих баков и трубопроводов с жидкостью уделяется за последнее время большое внимание. Для ряда расчетных схем получены аналитические рец!ения, для многих — численные с помощью ЦВМ. Приводимые в книге результаты исследований относятся к «трудно решаемым» задачам, таким как определение форм и частот собственных асеснмметричных колебаний жидкости в упругих баках, исследование колебаний жидкости в баках, имеющих «источники» и «стоки», получение динамических характеристик криволинейных участков упругих труб.
При выводе динамических уравнений принято, что система является линейной по отношению к малым возмущениям в окрестности установившегося (невозмущенного) режима работы. Рассматриваемые в книге задачи можно разбить на две основные группы: !. Задачи по определению давлений жидкости, нагрузок, действу!ащих на узлы крепления топливных магистралей, перемещений элементов топливной системы; 2. Задачи по исследованию устойчивости номинального режима работы системы и разработке мер, обеспечивающих эту устойчи'вость. Введение, Я 2, 6, 7, с, 9 гл. 11 и гл. 111 написаны К. С.
Колесниковым, гл. 1 и Я 1, 3,4, 5, !О, 1! гл !!написаны С.А. Рыбаком н Е. А. Самойловым. Глпва 7 ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВНЫХ БАКОВ $ Г. КОЛЕБАНИЯ ОБОЛОЧЕК, чАстичнО зАПОл ненных ЖидКОстью В последние годы опубликовано ряд книг и статей, в которых рассматриваются колебания упругих оболочек, частично заполненных жидкостью. Наиболее важными из и~их являются работы Л, И Балабуха, Э. ГЕ Григолюка, Б. И, Рабиновича, И. М.
Рапопорта, Г, Н. Микггшева, В. П. Шмакова и др. Подробный обзор литературы можно найти в работах Г7, 35, 381 Здесь колебания упругих оболочек, частично заполненных жидкостью, представляются в виде системы осцилляторов, каждый из которых соответствует некоторому собсгвенному колеба.
нию, обусловленному совместными колебаниями оболочки с жид. костью и гравитационным волнам на ее поверхности, Разбиение динамической системы бак — жидкость на совокупность осцилляторов проводится с помощью условия ортогональности для собственных функций системы, которые нормированы таким образом, что сумма приведеняых масс всех осцилляторов равняется полной массе бака с топливом.
Приведение системы бак — жидкость к системе осцилляторов весьма эффективно в конкретных динамических расчетах для определения динамических характеристик упругих баков и рассмотрения вынужденных колебаний жидкости. Основные уравнения Рассмотрим осесимметричные колебания топливного бака, который будем представлять в виде тонкой оболочки вращения, частично заполненной жидкостью. При этом принимаем, что жидкость однородная, идеальная и несжимаемая, а перемещения и скорости частиц жидкости и стенок бака малы, Согласно работе !151 запишем уравнения л!ох!ентной оболочки в впде Амтв-, 1,,и — — у,; !1. 1, 1 ~мтв+ ~гФ =Чм Л0 ~! 0Г ! 0, .
Ч ! — т!да 00~ВМв0 М " ~ ' йК, 1 ! 1. !. о! !у по- дейст- интег- 11. 1. 3, ге !) р — — о— дм где Ф вЂ” потенциал смещений жидкости; о — плотность жидкости. ез ~ ! 1'! ! ~ и — '*-*" К~К в!н0!М, Л,! О0 ' ! — т д — — 1в!и 0 и1~; й,йг а|н 0 о0 ! В! ~ Я~в!п0 д л1!! 81П 0 00 ~, Р1 д0 гчв(ьн, гче, Егь Ею) — система дифференциальных операторов общей технической момеитной теории тонких оболочек; ге, и-- нормальные и тангенциальные перемещения срединной поверхности оболочки; о!, дз — нормальные и тангенциальные силы, действующие на оболочку: Е, м --модуль упругости и коэффициент Пуассона материала оболочки; б —.
тол!цина обо.точки; йь йе — главные радиусы кривизны поверхносги оболочки; 0 — угловая координата. 13ыражения для сил, действующих на оболочку, имеют вид д'-э Оса ч — -- О2 — —,— Р ~-1-,л д,.—...- — щ — -;— Р,, 0~2 ' " ш-' где р — гпдродинамическое давление жидкости на единщ верхности оболочк~; Гь Г2 — нормальные и тангенциальные внешние силы, вуюшне на едипнну новсрхности оболочки; т =раб — масса единнцы поверхности оболочки; рч-- плотность материала оболочки. Гидродинамическое давление определяется с помощью рала Лагранжа — Коши и сформулированным ниже граничным условиям на свободной 5 н смачиваемой Х поверхностях. В сферических координатах оператор С учетом волнообразования граничное условие на свободной по- верхности 5 можно записать в виде(38] дФ, ! д2Ф 1 Г, = Ро!" ' дп я дР ее (1.
1.5) где Р (1) — давление газа на свободной поверхности жидкост"' у — кажущееся продольное ускорение бака; когда бак в наземных условиях, у равно ускорению силы тяжести. На смачиваемой поверхности Х слой жидкости должен перемещаться совместо со стенкой бака по нормали к ней, поэтому граничное условие будет дФ вЂ” =.. тв. дв (1. 1. 6) Кроме того, для оболочки должны быть заданы граничные условия в местах ее крепления й=гм а при наличии полюсов — требования ограниченности функций в точках нх расположения г= = гр.
Л (и, св1=- О при г - г„; тв ( Л сопз1 прн г Гр (1. 1. 7) Явный вид выражения М(и, ы) будет раскрыт прн решении конкретных задач. Уравнения (1.!. 1) — (1. 1. 7) определяют математическую формулировку задачи о колебаниях оболочки, частично заполненной жидкостью. Следует отмерить, что система дифференциальных операторов ~а (1. 1. 1) должна удовлетворять условию самосопряженности 2 (Ф,Л,,ф,.— р;Е, Ф„Огайо'= — 11, ср=!" гдеА, Фч фи фч — собственные функции оператора Е;„.. ИнтегриРование в этом выражении проводится по всей замкнутой поверхности оболочки. Колебания жидкости должны удовлетворять уравнению Лапласа йкЧ--О, (1. 1.