Ot 1 (версия 4)



Скачати 84.59 Kb.
Дата конвертації14.08.2018
Розмір84.59 Kb.
ТипРеферат


Державне підприємство

"Конструкторське бюро" Південне "ім. М.К. Янгеля "






































РЕФЕРАТ РОБОТИ




«ПЕРСПЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПІДГОТОВКИ РАКЕТНИХ ПАЛИВ»
















Автор: Сало М.П.,

начальник сектору проектно-конструкторського відділу КБ з проектування наземних систем і агрегатів заправлення компонентами палива РН і РКП





















































































2015р.

Висококиплячі компоненти рідкого ракетного палива (КРРП): азотний тетроксид (АТ), несиметричний диметилгідразин (НДМГ), гас РГ-1 - широко застосовують у ракетно-космічній техніці. Ці палива були основою бойових ракет, а в цей час їх застосовують на таких ракетно-космічних комплексах, як «Циклон», «Протон», «Рокот», «Зеніт», «Космос».

Експлуатаційні характеристики застосовуваних палив значною мірою залежать від наявності в них волого- і газовмісту, граничні концентрації яких перед заправленням рушійної установки ракети-носія (РУ РН) строго регламентовані. При невідповідності граничних концентрацій заданим вимогам енергетичні характеристики палив істотно погіршуються, що згодом може негативно вплинути на працездатність рідинного ракетного двигуна (РРД).

В умовах виробництва, транспортування та зберігання компоненти ракетного палива АТ і НДМГ містять розчинений газ - азот, кількість якого визначається умовами експлуатації і може коливатися в межах від 0,18 до 0,31 кг / м3, а вологовміст у гасі може досягати 0,015% за масою палива. Ці рівні волого-і газовмісту, як правило, виявляються непридатними для заправлення баків РУ РН.

Наприклад, розчинене повітря негативно впливає на деякі експлуатаційні властивості вуглеводневих палив, насамперед на їх прокачуваність. Так, при зниженні зовнішнього тиску (зі збільшенням висоти польоту) розчинність повітря в паливі зменшується - повітря починає виділятися, несучи з собою пари палива. У цих умовах по паливній системі перекачуватиметься неоднорідна рідина (суміш рідини і парогазових бульбашок). Об'єм парогазової фази здатний досягти такого значення, що може порушити нормальну роботу насосів аж до кавітаційного зриву. Утворення та схлопування бульбашок у системі подачі палива призводить до виникнення коливань тиску, які впливають на стійкість горіння. Наявність 1% вільних газових включень в паливі знижує коефіцієнт швидкохідності насоса на 13%, а їх збільшення до 3 ... 5% призводить до зриву стійкості роботи насосів, нестійкості робочого процесу у двигуні, закидів тиску в камері згоряння й інших несправностей.

Крім цього, для безпечної та надійної експлуатації РУ РН велике значення мають вологовміст вуглеводневих палив і зумовлені зміною температур такі явища, як: перехід розчиненої води у вільний стан; перехід крапель води, що виділилися з палива, в кристали льоду; утворення інею на стінках ємностей. Поява кристалів льоду призводить до забивання фільтрів, які застосовують у гідросистемах, що негативно впливає на перекачування палив.

Через зазначені особливості КРРП паливопідготовка є обов'язковим комплексом заходів у наземному технологічному обладнанні, які спрямовані на досягнення необхідних параметрів палив перед заправленням РУ РН, а її ефективність визначається використовуваними методами й обладнанням. Через велику масу заправлюваного в баки ракет палива (десятки та сотні тонн) процеси масообміну під час підготовки КРРП є одними з найбільш енергоємних і тривалих, що вимагають визначення раціональних технологій і режимів проведення цих процесів засобами стартових і технічних комплексів космодромів.

У світовій практиці для підготовки палив застосовують ряд технологічних методів, що дозволяють дегазувати (збезводнити), а також наситити КРРП газами.



  • Дегазація (зневоднення) - вакуумування; примусове газове кипіння; скидання перегріву; барботаж інертним газом; душування; акустична дегазація.

  • Насичення - адсорбція; барботаж; перемішування; душування.

Аналіз показав, що кожен з методів має як ряд переваг, так і ряд істотних недоліків, основними з яких є тривалість процесу, винесення великої кількості парів КРРП, малі об'єми підготовлюваного палива в прийнятний час, а також реалізація спеціальних складних вимог щодо конструктивного виконання пристроїв дегазації та насичення.

Ураховуючи великий обсяг робіт, які проводять для підготовки РН до старту, обмежені часові інтервали для їх виконання на технічних і стартових комплексах космодромів, високу щільність розміщення наземного технологічного обладнання, розроблення нових ефективних технологій підготовки палив є важливим науковим завданням створення засобів заправлення РН.



Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Роботу виконало відповідно до Рішення щодо відпрацювання систем газонасичення та контролю газонасичення компонентів «О» і «П» на стенді №3 ДП «ВО ПМЗ» під час підготовки до випробувань ОК-5000 / 2Ц4С3, ОК-7000 / 2Ц4С3 (№123 / 6-50 від 08.09.2008р.) Державне підприємство «Конструкторське бюро «Південне» ім. М.К. Янгеля», Державне космічне агентство України, у рамках проекту «Циклон-4 » зі створення космічного ракетного комплексу.



Метою роботи є розроблення нової високоефективної методики підготовки палив у поєднанні з технологічними та конструктивними заходами, що дозволяють інтенсифікувати процеси дегазації / насичення з мінімальними втратами робочого тіла (стислі гази, КРРП).

Досягнення мети передбачає вирішення таких завдань:



  • аналіз фізичних основ і принципів підвищення ефективності масообмінних процесів під час підготовки КРРП до заправлення баків РУ РН;

  • дослідження структури газорідинного потоку, питомої міжфазної поверхні та їх впливу на процеси масообміну;

  • створення пристрою, що дозволяє організувати розвинену поверхню контакту фаз газ-рідина, а також методик визначення його конструктивних параметрів;

  • експериментальне підтвердження працездатності розробленого пристрою.

Об'єкт дослідження - процеси підготовки палив, які заправляють у баки РУ РН.

Предмет дослідження - способи та пристрої інтенсифікації масообміну під час дегазації / насичення палив.

Методи дослідження:

  • Аналітичне дослідження проводили для визначення основних параметрів процесів масообміну та їх залежності від зовнішніх факторів.

  • Математичне моделювання проводили для опису фізичної картини процесів масообміну в системі газ-рідина під час дегазації / насичення.

  • Стендове експериментальне відпрацювання проводили з метою підтвердження працездатності пристрою інтенсифікації масообміну, а також меж його застосовності.

Наукова новизна роботи:

    1. Для процесів паливопідготовки запропоновано новий пристрій - газоструминний стрижневий випромінювач, який забезпечує розвинену поверхню контакту фаз газ-рідина.

    2. Вивчено фізичну картину процесу під час барботажу палива через газоструминні стрижневі випромінювачі. Визначено характеристики та параметри газорідинного потоку, що утворюється під час барботажу.

    3. Розроблено математичну модель процесу масообміну в системі газ-рідина під час барботажу палива через газоструминні стрижневі випромінювачі.

    4. Визначено конструкцію газоструминного стрижневого випромінювача.

    5. Дано рекомендації щодо раціонального застосування газоструминних стрижневих випромінювачів під час паливопідготовки.

Практична цінність отриманих результатів.

Розроблений і пройшов експериментальне відпрацювання газоструминних ультразвуковий випромінювач, конструктивні параметри якого наведено на рисунку 1.


Рисунок 1 - Схематичне креслення газоструминного ультразвукового випромінювача, установленого на підвідний колектор

Процес барботажу реалізується шляхом подання надзвукового струменя газу в паливо через випромінювач, розміщений під шаром рідини. Під час витікання газу через сопло випромінювача надзвуковий струмінь за рахунок взаємодії з резонатором генерує інтенсивні ультразвукові коливання, які призводять до сильної турбулізації середовища, подрібнення газових бульбашок і, як наслідок, до інтенсивного масообміну газу з рідиною і виникнення стійких циркуляційних струменів у товщі КРРП. Для найбільш швидкого видалення палива з камери резонатора підведення газу здійснений тангенциально.

Визначення режимів роботи ультразвукового випромінювача (рис. 1), встановленого під шар води, показало, що при вхідному тиску від 4кгс / см2 і вище спостерігається стабільна робота з утворенням газорідинного факела, що має дрібнопузирчасту структуру (діаметр бульбашок від 1 до 2 мм). Під час дегазації КРРП це дозволяє зменшити в ~2 ÷ 3 рази втрати робочого тіла (палива, стислих газів), а також скоротити час в ~10 разів для досягнення необхідних параметрів порівняно з найбільш поширеним методом - примусовим газовим кипінням.



Достовірність і обґрунтованість підтверджені апробацією та впровадженням технології паливопідготовки методом барботажу через газоструминні ультразвукові випромінювачі на стендовій базі ДП «ВО ПМЗ».

Особистий внесок здобувача полягає в комплексному аналізі методів і способів паливопідготовки, їх класифікації та систематизації, визначенні параметрів, що характеризують їх ефективність. Здобувач також визначив основні методи підвищення ефективності масообмінних процесів: збільшення питомої поверхні контакту фаз; підвищення ефективності перемішування; вдосконалення способів контакту фаз; використання нестаціонарних режимів межфазового масообміну; проведення процесів масообміну в умовах гідродинамічної нестійкості міжфазної поверхні.

Безпосередньо здобувач запропонував використання газоструминних стрижневих випромінювачів як засіб інтенсифікації процесів масообміну в системі газ-рідина. Він також розробив математичний апарат розрахунку процесів


дегазації / насичення під час паливопідготовки.

За безпосередньої участі здобувача розроблені програми експериментального відпрацювання технології паливопідготовки 2Ц4С3.1.П6.2009ПМ і Циклон-4.14.7793.123ПМ. Здобувач брав безпосередню участь у підготовці та проведенні випробувань та аналізі результатів випробувань, за результатами яких випущено технічні звіти «Циклон-4.21.17853.173ОТ» і «Циклон-4.21.17915.173ОТ».



Результати, заявлені як наукова новизна, отримав особисто здобувач.

Апробація роботи. Апробацію досліджень проведено на науково-практичних конференціях, читаннях, форумах:

  • «Стартовые и технические комплексы ракет, космических аппаратов и наземное оборудование», ФДУП КБТМ, м. Москва, 2005р.

  • «Академические чтения по космонавтике», РАН, м. Москва, 2007, 2010рр.

  • «Людина і космос», НЦАОМ, м. Дніпропетровськ, 2006, 2008, 2010, 2011, 2013, 2014рр.

  • «Передові космічні технології на благо людства», м. Дніпропетровськ, 2009, 2013р.

  • «Молодежь. Техника. Космос», «БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова», м. Санкт-Петербург, 2013, 2014рр.

  • «Міжнародний конгрес двигунобудівників», «НАУ ім. М.Є. Жуковського «ХАІ», 2006, 2014рр.

  • «Молодежь и будущее авиации и космонавтики», МАІ, м. Москва, 2013р.

Публікації. Результати досліджень і розробок опубліковано в 11 статтях, 6 з яких включено до переліку ВАК України, а 1 - до переліку ВАК Росії. Список публікацій додано.



Поділіться з Вашими друзьями:


База даних захищена авторським правом ©wishenko.org 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка