Газодинамика стартовых комплексов

1. Газодинамика стартовых комплексов

Составитель слайдов: Языков А.В.
Использованы материалы Хотулёва В.А.

2. Рассматриваемые вопросы

Газодинамическое проектирование
Определение тепловых и акустических нагрузок при ст
Экспериментальная отработка газодинамики старта

3. Литература

1. Бирюков Г.П., Бут А.Б., Хотулёв В.А., Фадеев А.С.
Газодинамика стартовых комплексов — М.: Рестарт, 2012
— 364с.:ил.
2. Основы теории тепловых ракетных двигателей.
Теория, расчет и проектирование: учебник /А.А.
Дорофеев. – 3-е изд., перераб. и доп. –М.: Изд-во МГТУ
им. Н.Э. Баумана, 2014. – 571,[5] с. : ил.

4. Агрегаты стартового комплекса

Рисунок:http://maxpark.com/static/u/article_image/14/06/25/tmpxAnW9i.jpeg

5. Газодинамическая схема стартового оборудования

http://static.panoramio.com/photos/large/14726517.jpg
http://www.federalspace.ru/media/gallery/big/162/1323670371.jpg
http://static.panoramio.com/photos/large/5236003.jpg
Комплекс средств и схемных решений, которые обеспечивают сниж

6. Влияние струи. Тяга ракеты

Ra — тяга РД;
G — массовый расход через
Va — скорость на срезе сопла
Pa — давление на срезе сопл
Pвн — внешнее давление;
Fa — площадь сечения среза
ρa — плотность газа на срезе

7. Тяги ракет с ЖРД

"Союз" - 350...400тс
"Зенит" - 740тс
"Энергия" - 3700тс (5х740тс)
"Н-1"
-
4500тс
"Сатурн-5" - 3400тс

8. Влияние струи. Мощность струи

Ra — тяга РД;
Va — скорость на срезе сопла

9. Воздействие на стартовое сооружение

Силовое воздействие
Тепловое воздействие
Акустическое воздействие
Рисунок: Пуск РКН «Союз-У» с ТГК «Прогресс М-20М». 28 июля 2013 г. federalspace.ru

10.

Силовое воздействие
Рисунок: Пуск РН «Протон-М» с РБ «Бриз-М» и КА «Телстар-14Р» 20.05.2011. federalspace.ru

11.

Тепловое воздействие

12. Эжекционное воздействие разряжения

Рисунок: Меркулов Е.С., Хлыбов В.И., Кравчук М.О., Кудимов Н.Ф., Сафронов А.В. "Результаты расчетно-экспериментальных исследований газодинамики блочных струй продуктов сгорания и процессов эжекц

13. Ударно-волновые процессы

14. Акустическое воздействие

Рисунок: Хотулёв В.А.. "Применение и совершенствование в современных стартовых комплексах научно-технических решений, внедренных при старте ракет Главного конструктора С.П. Королёва" ХXXI АКАД

15. Газодинамические схемы открытых стартов

1. «Открытый» пусковой стол с газоотражателем
Космос, Циклон-2, Рокот
2. Однолотковый отражатель
Циклон-3, Союз, Зенит, Энергия-УКСС, Ангара, Русь-М
3. Двухлотковый отражатель с газоходом
Сатурн-5, Шаттл, Морской старт, Протон
4. Трехлотковый отражатель с газоходом
Н-1, Энергия-Буран, Ариан-5

16. Открытый пусковой стол с газоотражателем на поверхности

Пусковой стол
Компоновка и профили граней отражателя

17. Открытый пусковой стол с газоотражателем на поверхности

РКН "Космос"
РКН "Циклон-2"

18. Однолотковый пулузаглубленный отражатель

РКН "Циклон-3"

19. РКН "Союз"

РКН "Союз"

20. РКН "Союз"

РКН "Союз"

21. РКН "Союз"

РКН "Союз"

22. РКН "Протон"

РКН "Протон"

23. РКН "Зенит"

РКН "Зенит"

24. Сатурн-5

25. Энергия-Буран

26. УКСС

27. СК РКН "Ангара"

СК РКН "Ангара"

28. СК РКН "Ангара"

СК РКН "Ангара"
Рисунок: Меркулов Е.С., Хлыбов В.И., Кравчук М.О., Кудимов Н.Ф., Сафронов А.В. "Результаты расчетно-экспериментальных исследований газодинамики блочных струй продуктов сгорания и процессов эжекци

29. Выбор глубины газохода

30. Классификация газодинамических схем

31. Классификация газодинамических схем

32. Классификация газодинамических схем

33. Отработка газодинамики старта

34. Экспериментальная отработка газодинамики старта

35. Экспериментальная отработка газодинамики старта

36. Экспериментальная отработка газодинамики старта

37. Экспериментальная отработка газодинамики старта

38. Экспериментальная отработка газодинамики старта

39. Экспериментальная отработка газодинамики старта

40. Экспериментальная отработка газодинамики старта

41. Ударно-волновые нагрузки

При запуске двигательной установки
ракет возникают ударно-волновые
процессы вследствие "поршневого"
действия высокотемпературных
газов продуктов сгорания топлива
двигательной установки на газовую
(воздушную) среду с начальным давле

42. Ударно-волновые нагрузки

Волны сжатия с уровнем избыточ-ного
давления образуются на движущейся
поверхности раздела высокотемператур
и движутся по воздушной среде со скоро
близкой к звуковой, догоняя волны
предшествующего образования и склады
сильную волну давления.
Темп нарастания ударно-волнового
давления тем выше, чем выше скорость
нарастания давления
в камере сгорания.

43. Ударно-волновые нагрузки

Принятые допущения
Движение элементарных волн в канале рассма
без учёта дифракции волн на контактной поверх
раздела высокотемпературной и низкотемперату
Течение считается одномерным, без учета
взаимодействия газов с элементами пусковой
установки, и используется метод характеристик,
т.е. рассматривается дви-жение возмущений
по линиям f(х,t), разделяющим длину канала
в рассма-триваемые моменты времени на зоны
с различным уровнем возмущений;
Возмущения считаются малыми, т.е. для
оценок качественного характера можно
определять конечное возмущение как сумму
малых возмущений (принцип суперпозиции).

44. Ударно-волновые нагрузки

Разобьем расходную характеристику
G=f(τ) двигательной установки на
i участков (например, i = 5) по времени
со ступенчатым нарастанием расхода
продуктов сгорания. Каждая
дополнительная "порция" газа ΔPi будет
создавать возмущение ΔGi распростра
-няющееся по каналу со скоростью а0.
От свободного конца канала (длина Lгх,
площадь — Fгх) волна давления будет
отражаться волной разрежения и
распространяться к нижнему сечению
канала также со скоростью а0.

45. Ударно-волновые нагрузки

В нижнем сечении канала сначала будут
суммироваться волны сжатия
в течение времени набора режима двигател
установки τду. Затем, с момента времени пр
в нижнее сечение волны разрежения, сумма
давление будет уменьшаться воздействием
с обратным знаком.

46. Ударно-волновые нагрузки

Время начала падения Рув будет равно
времени пробега возмущениями двой-ной
длины канала 2Lгх со скоростью а0:
Отношение характерных времен процесса
— времени пробега двух длин канала
возмущением к времени набора режима
τду — называется числом Струхаля
ударно-волнового процесса:
Если
, то число Sh < 1.

47. Ударно-волновые нагрузки

Из уравнения состояния:
ΔV - объем за волной сжатия, прошед-шей
в канале площадью Fгх за время Δτ со
скоростью a0 путь a0Δτ, то есть
Т.к. выход на режим считается моментальным, расход газа определяется зависим

48. Ударно-волновые нагрузки

Экспериментальные зависимости для
окончательных значений величин:
Для максимальной величины УВ
давления ξ ≈ 1,2
С учётом влияния волн разрежения:

49. Ударно-волновые нагрузки Пусковая волна

При высокой скорости выхода ДУ
на режим (τду≪<0,3 с) большой уровень
импульсного давления может
возникать от действия ударной
пусковой волны, то есть от перепада
давления на срезе сопла с атмосферой.

50. Ударно-волновые нагрузки Пусковая волна

При распространении пусковой волны
ее интенсивность зависит от площади
каналов ПУ:

51. Методы снижения ударно-волновых нагрузок

Снижение Pув за счет уменьшения G является наиболее прием
если ДУ состоит из нескольких двигателей и можно использо
если возможно ввести в циклограмму запуска ДУ предварите
τ=