3258

Давление и температуру газовой смеси перед дроссельной шайбой ДРН1 контролируют датчик давления ДД1 (МД-60ТС) и датчик температуры ДТС1 (ТТ149). Отбор сбросового газа после мембраны на химический анализ осуществляется через вентиль ВН1.

Экспериментальный диффузионный фильтр включает: фильтрующий узел; титановый фильтрующий элемент с покрытием палладия; корпус; гибкие шины подачи напряжения на фильтрующий элемент; изоляционные уплотнения; источник постоянного тока.

Принципиальная схема экспериментальной установки с диффузионным фильтром для выделения водорода из смеси газов

Принцип работы фильтра заключается в следующем: фильтруемая газовая смесь поступает через входной штуцер в полость диффузионного фильтра. Нагрев фильтрующего элемента осуществляется постоянным электрическим током. В качестве фильтрующего элемента предлагается использовать титановую

80

трубку с покрытием палладия толщиной 0,3 мкм. Палладиевое покрытие проницаемо для водорода и служит как катализатор для деструкции молекул водорода до атомарного состояния.

Выделенный водород после охлаждения в теплообменнике АТ2 до температуры 25-500С поступает на компрессор и далее к потребителю.

Преимуществами предлагаемой энергетической установки на основе новой конструкции диффузионного фильтра являются:

низкие энергозатраты по сравнению с другими способами выделения водорода из газовой смеси.

возможность регулирования и поддержания заданной температуры смеси газов;

возможность исследования процесса фильтрации водорода на разных материалах фильтрующего элемента;

простота конструкции фильтра;

применение сравнительно дешевых конструкционных материалов и невысокая трудоемкость изготовления.

Литература

1.Степанов А.В. Получение водорода и водородосодержащих газов / - Киев: Наук.думка, 1982. - 312с.

2.Ильичев В.А./В.А.Ильичев, Н.Н.Седов. Математическое описание окислительной конверсии метана при разработке промышленного производства

водорода плазмохимическим методом//Научно-технический юбилейный сборник 1958-2008г.г. Воронеж, 2008. - 374с. С.207-208.

3.А.Н. Плановский, В.М. Рамм, С.З. Каган. Процессы и аппараты химической технологии, 3-е изд., М: Химия, 1966 г. - 831с. С 657

4.Справочник азотчика: Физико-химические свойства газов

ижидкостей. Производство технологических газов и жидкостей. Очистка технологических газов. Синтез аммиака. – 2-е изд., перераб., М.: Химия, 1986 г. –512с.

81

УДК 621.454.2

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫХ МОДЕЛЕЙ С БОЛЬШИМ ЧИСЛОМ СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ

ПРИ РАСЧЁТНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ОТКЛИКА ВЫСОТНОГО ЖРД НА ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ НАЗЕМНОМ ИСПЫТАНИИ ДВИГАТЕЛЯ

С.О. Лихачев, ВГТУ, студент группы РД-111,тел. +7-(952)-102- 1292 С.А. Тарасов, ВГТУ, студент группы РД-111, тел. 8-900-300-9428

А.А. Козлов, КБХА

В данной работе рассматривается проблема испытания высотного двигателя в земных условиях без газодинамической трубы под воздействием атмосферного давления.

Вследствие этого возникают скачки уплотнения, приводящие к увеличению давления у стенок сопла с 0,25 атм до 0,95 атм . Увеличение давления приводит к отрыву газового потока от стенки сопла. В результате образуется зона отрывного течения с пониженным давлением, в которую поступает атмосферный воздух. Схематическое пояснения возникновения скачка уплотнения приведено на рисунке 1 и 2. Течение газа у стенки сопла в зоне скачка уплотнения и зоне отрывного течения носит пульсационный характер.

Рис.1. Схематическое пояснения возникновения скачка уплотнения

82

Рис.2. Скачки уплотнения в сверхзвуковом сопле

Так как при огневых испытаниях зафиксированы случаи пониженного ресурса в межрубашечной системе охлаждения, возникла необходимость оценки влияния пульсаций давления в зоне отрыва на ресурс камеры в опасных местах.

Для этого построили конечно-элементную модель используя

SIMULIA/Abaqus 6.9, для расчётов - SIMULIA/Abaqus 6.10. Т.к.

особый интерес представлял отклик конструкции на стыке холодной стенки и рёбер межрубашечной системы охлаждения, модель составлялась из Solid-элементов. Размер расчётной модели: число элементов: 2 831 857, число степеней свободы: 7 362 475, Minimummemoryrequired: 7 271 Мб .

В результате расчётов были получены динамические характеристики ЖРД: собственные формы и собственные частоты, были разработаны подробные конечно-элементные модели ЖРД, были определены динамические характеристики ЖРД при различных вариантах раскрепления двигателя на экспериментальном стенде. Далее провели расчётные исследования отклика конструкции двигателя на воздействие динамической

83

боковой нагрузки, связанной с испытаниями двигателя в наземных условиях.

Выявлено, что спектральная плотность отклика конструкции на полностью нескоррелированное воздействие на 2 порядка меньше, чем отклик на скоррелированное воздействие, при этом форма отклика на скоррелированное воздействие, так и восстановленная амплитуда переменного давления на скачке уплотнения, ближе к экспериментальным данным, чем форма отклика и амплитуда для полностью нескоррелированного воздействия.

Литература

1.Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа — Москва, 1960. — 676 c.

2.Дейч М.Е., Техническая газодинамика. - М.: Госэнергоиздат.1961г,-669с.

3.Прохоров А. М. Физическая энциклопедия. - М: Большая Российская Энциклопедия т.5,1998.

УДК 681.518.54

РАСЧЁТНЫЕ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВЫЕ ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОДНОКАМЕРНОГО ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ДОЖИГАНИЕМ ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗА ДЛЯ АНАЛИЗА ПРОДОЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ РАКЕТЫ

И.А. Музалёв, АО КБХА, аспирант, начальник группы, тел. 8-904- 214-56-57, e-mail: cadb1961@rambler.ru

Г.И. Скоморохов, ВГТУ, д-р техн. наук, проф., тел. (473) 234-64- 84, e-mail: gisk46@mail.ru

Исходной информацией для анализа продольной устойчивости ракеты служат амплитудно-фазовые частотные характеристики (АФЧХ) жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) таких параметров

84

как давление в камере сгорания (КС) двигателя (тяга), массовые расходы окислителя и горючего на входе в двигатель при колебаниях давлений окислителя и горючего на входе в двигатель [1]. Обычно рассматриваемый частотный диапазон не превышает 50 Гц (низкие частоты). Из полученных АФЧХ ЖРД необходимо определить, в каких пределах может изменяться коэффициент усиления амплитудных характеристик.

АФЧХ двигателя получаются двумя способами:

1)экспериментальным, т.е. проведением специального стендового огневого испытания двигателя с пульсатором, который создаёт гармонические колебания давления на входе в двигатель по магистралям окислителя и горючего;

2)расчётным, т.е. разработкой математической модели ЖРД и созданием соответствующего программного обеспечения.

Рассмотрим однокамерный ЖРД с дожиганием генераторного газа при работе на основном режиме тяги (рис. 1).

На рис. 1 показана упрощённая схема взаимодействия агрегатов, гидравлических и газовых трактов, которые имеют следующие обозначения:

KR – критическая часть КС;

KC_вх– зоны смесеобразования и воспламенения продуктов сгорания в КС;

FF - газовые форсунки КС;

БНГ, БНО – бустерные насосы горючего и окислителя;

НО, НГ1, НГ2 – насосы окислителя, горючего I-ой и II-ой ступеней ТНА; РР – регулятор расхода горючего по линии газогенератора

(регулятор тяги двигателя); ГГ_вх – часть газогенератора после форсунок, где происходит основной процесс горения;

ГГ_вр – выравнивающая решётка газогенератора (ГГ); hm_g1 - hm_g12 – гидравлические магистрали горючего; hm_ok1 - hm_ok6 – гидравлические магистрали окислителя; gm_1-gm_5 – газовые магистрали.

Для проведения расчёта АФЧХ математическая модель двигателя, описывающая работу и физические процессы во всех агрегатах, гидравлических и газовых трактах, линеаризуется в окрестности рассматриваемого режима работы. В этой системе

85

уравнений коэффициенты при неизвестных зависят от конструктивных и режимных параметров. Полученную систему уравнений решают последовательно для каждого значения частоты колебаний из рассматриваемого частотного диапазона. Для наглядности результаты расчёта АФЧХ представляют в графическом виде (строят графики АЧХ и ФЧХ) [2, 3].

Рис. 1. Расчетная схема двигателя

Рассмотрим процесс получения уравнений для расчёта АФЧХ на примере вывода уравнения расхода через гидротурбину (1)

86

Умножим обе части уравнения (2) на t и перейдём к записи уравнения в отклонениях, разделим обе части уравнения (2) наm , получим

Для рассматриваемой схемы и режима работы ЖРД разработана математическая модель, включающая 396 линеаризованных алгебраических уравнений, и алгоритм программы на языке программирования MicrosoftVisualBasic для

MicrosoftExcel [5, 6].

Процесс расчёта АФЧХ в программе сводится к заданию исходных данных и параметров возмущений. Расчёт выполняется в программной среде MicrosoftExcel 2010. Полученные в программе результаты расчёта могут представляться как в табличном, так и в графическом видах.

Зададим возмущения в виде гармонических колебаний давления окислителя (магистраль hm_ok1) на входе в двигатель со значением амплитуды равным 1 кгс/см2. Получим следующие результаты расчёта АФЧХ в графическом виде (рис. 2 – 4). На рис. 5 представлены результаты расчёта АФЧХ при подаче на вход двигателя возмущения в виде гармонических колебаний давления горючего (магистраль hm_g1) со значением амплитуды равным 1 кгс/см2.

87

Разработанная математическая модель, программное обеспечение и полученные результаты расчёта АФЧХ ЖРД используются для анализа продольной устойчивости ракеты, а также в САПР предметного назначения для повышения качества проектирования и доводки узлов, агрегатов и магистралей ЖРД и ракеты в целом.

89