Колесников К.С., Самойлов Е.А., Рыбак С.А. - Динамика топливных систем ЖРД (1049223), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Избыточный газ уносится окислптелсм в двигатель. йз Рис. 2. 23. Рис с 22 Установка аккумулятора позволила снизить собственную частоту колебаний окислителя в расходной магистрали так, что она оказалась па — 1 Гц меньше низшей частоты колебаний конструкции. На второй ступени ракеты-носителя «Сатурн-У» в расходной магистрали жидкого кислорода, идущей к центральному двигателю, был установлен демпфер )рис. 2.28), Здесь ! — днище бака окислителя; 2 — трубка подвода гелия; 3 — уровень жидкости; 4— корпус аккумулятора; б — вход в насос; 6 — колено; 7 — клапан; 8— шарнир; 9 — гильза с перфорацией; 70 — сильфоны, В кольцевую полость аккумулятора подается гелий. Полость соединена с расходной магистралью 44 отверстиями диаметром 15,5 мм, расположенными в нижней части гильзы.
При разделении ступеней, когда перегрузка близка к нулю, во избежание по. падания пузырей в двигатель аккумулятор заполнен жидким кис- 127 лородом и начинает заполняться гелием лишь после выхода двигателей па режим. 2. Аккумуляторы с изолированной газовой полостью. К ним относится тороидальный демпфер, установленный в топливной магистрали горючего на ракете-носителе «Титан-П1» (рис, 2.24). В тороидальном корпусе 2 расположено шесть рези.
новых камер 1, заполненных газом, каждая объемом 0,83 л. Общий объем всех камер 5 л. Внутри тороидального корпуса пакодится вставка 8 с перфорацией. В магистрали окислителя бьп установлен сильфонный газовый аккумулятор (рис. 2. 25). Он состоит спльфопов 2 Рис. 2. 24. Рис. 2. 28. 1 л, соединенных с алюминиевым корпусом. Упругость в основном обеспечивается за счет газовой полости 3. Если жесткость сильфона существенна, то аккумулятор смешанного типа. Этог аккумулятор может работать в любой среде. Интересно, что при отказе одного сильфона также обеспечивается продольная устойчивость. Второй сильфои введен для большей надежности.
Все аккумуляторы должны проходить специальную отработку н доводку в условиях, близких к эксплуатационным. Они обычно проходят тепловые н выш тные испытания, испытания на гидро- удар, на вибростойкость, на вибропрочность, на герметичность, на химическу|о стойкость. В некоторых с.лучаях проводятся не все испытания, а лишь часть их. Например, если топливо не агрессивное, то не нужны испытания на химическую стойкость. Кроме того, проводятся частотные испытания топливных магистралей с аккумуляторами для определения собственных час.
тот колебаний жидкости и распределения амплитуд колебаний давления по длине труб, 3. Пружинный аккумулятор был установлен в расходной магистрали горючего иа ракете-носителе «Титан-П» (проект «Джемепи»). Установка его уменьшила основную собственную частоту колебаний гори»чего в расходной магистрали с 17 до 5 Гц. Пру- !28 жинный аккумулятор (рис. 2.2б) имеет тот недостаток, что трение поршня сказывается на его работоспособности. Здесь 7 — упругое кольцо; 2 — тефлоновая прокладка; 3 — поршень; 4 — крышка; б н 6 — пружины; 7 — корпус.
Весовая податливость аккумулятора, необходимая для определения частот, вь1числяется по формуле т~л„ '12. 1О. 3) о 1/ 2ч7~~7та (те р)1о,Ео) где Я вЂ” радиус вставки трубы; Š— длина; ю — приращение радиуса; б — толщина стенки вставки грубы. Из (2. 10. 3) получаем выражение для податливо- Иалрадягяиг яотояа сти участка трубы Ф магистрали г гз П= — — == 2л . (2. 10.
4) оГ, о."оо ,о Ео Лоток о Весовая податгпщость ияяУмо'- яятоя т г с,=Пу =-2пу игг Рас 2 26 Если вставка ограничена фланцами, то у торцов имеем крае- вой эффект н необкодимо ввести коэффициент йо, учитывающий изменение радиального перемещения по д.тине трубй, с,о=1,Со, где с„— эффективная весовая податливость вставки.
Рассмотрим случай вставки с продольным гофром (рис. 2.27), Перемещение одного гофра под действием силы Р опреде- лим с помощью интеграла Мора ',2. 1О. 5 и = — 1 .4434мУ-= Рио Ег о где 12 — .44=~3; ~Но —— --Л; Р=РЙ; и,= — 1 Л)оо7<~.
о 129 где ń— плошадь поршня; 1го — жесткость пружины аккумулятора. В качестве примера определим податливость цилиндрической вставки трубы. Приращение объема под действием внутреннего давления Относительное окружное удлинение вставки с гофрами, вызванное силой р, будет равно и Найдем приведенный модуль для цилиндрической трубы с толщиной 6, эквивалентной по деформации гофрированной вставке, Е= — = — = —— 1. 10.0) Ряс 2 27 Введем величины гл!з) = Я (г) где М(з) — изгибающий момент; Р 1з) — тангенциальная сила; д †внутренн давление. Тогда потенциальная энергия упругой деформации Ю'т, приходящаяся па единицу внутреннего давления, может быть представлена в виде с'1а) = Р (з) йГФг = 1 гй+ ~ гУз гУ1, 12.
10. 8) зз У=— где зи мн Заменяя в выражении 12.10.4) Е на Я, получим формулу для определения податливости гофрированной вставки П вЂ” -2п ~ )с,.„==у,ФОП). 12. 1О. 7) ЕБ В случае больших деформаций гофрированных вставок приращение обьема может иметь нелинейный характер, и определе. ние податливости значительно усложняется. Для вычисления собстю Р 4е венных частот колебаний 7 надо уметь определять эффективную скорость звука в жидкости, находящейся в упругой трубе. Для этого удобно применить энергетический метод.
Вырежем из трубы кольцо длиной п). Если Л«сет, можно пренебречь градиентом внутреннего давления вдоль й. Еслв к тому же собственная частота радиальных колебаний кольца ы«2лД, то деформацию его под влиянием внутреннего давления можно рассматривать как статическую. В качестве независимой переменной выбираем длину дуги контура. Потенциальная энергия жидкости в объеме тссЦ прн единичном давлении равна ЛК'„-- — .
2асс Запишем суммарную энергию в форме ен! К' — %',+%'с =--— 2дсз (2. 10. 9) С помощью энергетического метода нетрудно определить эффективную скорость распространения звука в жидкости, заполня. ющей трубу произвольного сечения. Формулы для определения эффективной скорости звука в трубах ряда контуров приведены в работах [20, 39). й 1!. ГИДРОУДАР В ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЕ Гидроудары в топливных магистралях:во время полета возникают при выключении двигателя, если время закрытия клапана, перекрывающего подачу топлива, мало. Они могут возникать также и при включении двигателя. Гидроудары особенно опасны, когда топливные магистрали имеют большую длину или пространственно изогнуты, При исследовании гидроудара в топлнвнь!х магистралях необходимо учитывать: а) наличие в топливной магистрали дополнительных сосредоточенных или распределенных упругостей; аккумуляторов, демпферов, снльфонов, вдува газа; б) отклонение сечений труб от круговой формы, что приводит к местному ух!еньшеник> скорости звука в жидкости, заполняющей упругую трубу; в) граничное условие на выходе жидкости из топливной ма.
гистрали. При гидроударе особенно важно определить как можно более точно время торможения расхода топлива. Максимальная ампли- !з! Откуда получим выражение для эффективной скорости звука а трубе 12. 1О. 10) асс !+2 !Рт Ес лгс Для круглой трубы аз(з)=0, Ю'. -- —, лс=лг'"-, и мы получим ез из (2. 10. 10) формулу Жуковского сс г' .= с Ессн Ез туда гидроудара практически обратно пропорциональна времени торможения. Следовательно, из условия снижения максимального давления гидроудара при выключении двигателя необходимо время торможения расхода топлива делать более продолжительным. Теоретическое исследование гидроудара в топливных магистралях Линейные колеоательные процессы в жидкости, заполняющей трубу, в том числе и гидроудар, могут быть определены из волнового уравнения — — — =О, (2.
11.!) с„юз дх-' где р — возмущенное (т. е. избыточное над равновесным) давление; х — координата вдоль оси трубы; со — эфФективная скорость звука. В уравнении (2.11.1) не учтено влияние вязкости, поскольку в интересующих нас случаях, когда длина трубы сравнительно невелика, падение напора вследствие трения оказывается малым.
В противном случае потери давления необходимо учитывать. Допустимость пренебрежения движением жидкости в направлении, перпендикулярном к оси трубы, объясняется низкочастотностью изучаемых процессов (2. 1!. 2) где ы — характерная частота процесса; с( — диаметр трубы.
Все известные из литературы результаты исследования по гидроудару могу~ быть получены из решения уравнения (2.11.1) в форме бегущей и отраженной волн р(х, Г)=р,(х--с,1)-;р,(х+с„!), где функции р~ и рз определяются из граничных условий на концах трубы. Именно граничные условия (начальные условия предполагаются нулевыми) определяют специфику развития процесса гидроудара во ~времени, Важнейшие результаты, известные из литературы, следукнцие: !. Если время т,, перекрытия выходного отверстия трубы мало по сравнению с временем двойного пробега волны по магистрали то =2!/со, то будет прямой удар, максимальное давление при котором определяется по формуле 11.
Е. Жуковского ('2. 11. 4) где со — скорость течения жидкости до начала перекрытия трубы, !32 2. При т.)то (непрямой удар) волна, отраженная от открытого конца трубы или от бака, успевает дойти до концевого сечения прежде чем давление вырастает до значения (2.11.4). При этом р „. сильно зависит от соотношения между тз и та, а также от закона торможения жидкости в концевом сечении. Если жидкость тормозится по линейному закону, то р„„,„определяется по формуле Мишо !2.
11. 5) тз Из формулы видно, что максимальное давление прямо пропорционально длине трубы и обратно пропорционально времени торможения. Зависимость максимального давления при гидроударе ог времени перекрытая потока жидкости приведена па рис. 2. 28 Здесь прямая ! получена по формуле жуковского, кривая 2 — по формуле Мишо. Линейный закон торможения нс следует отождествлять с линейным изменением выходного сечения трубы Е(1) =Е» — Ы где скорость нзменястсч не по линейному закону, а подчиняется нелинейной зависимости Ряс 2. 28. п<0 / Р1о 0 12.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
