Другие журналы
Сетевое издание Аэрокосмический научный журнал

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл. № ФС 77-61858. ISSN 2413-0982

Моделирование процессов температурной подготовки ракетного горючего в системе заправки стартового комплекса

Аэрокосмический научный журнал # 06, ноябрь 2015
DOI: 10.7463/aersp.0615.0826690
Файл статьи: Aersp_Nov2015_027to038.pdf (1237.86Кб)
авторы: Золин А. В.1, Чугунков В. В.1,*

УДК 629.7.085; 629.764.7

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

На стартовых комплексах ракет космического назначения (РКН), двигательные установки которых используют углеводородные горючее должна проводиться  температурная подготовка УВГ перед заправкой в топливные баки РКН. Требуемые температуры  достигаются за счет проведения охлаждения (нагрева) УВГ в емкостях-хранилищах стартового комплекса. Процессы температурной подготовки УВГ являются одними из наиболее энергоемких и длительных процессов, требующих определения рациональных технологий и режимов охлаждения (нагрева) ракетного топлива оборудованием стартовых и технических комплексов космодромов  на основе моделирования процессов температурной подготовки ракетного горючего.
Вопросы исследования различных технологий и моделирования процессов охлаждения ракетного топлива с применением  жидкого азота приведены в работах [1-10]. Схемы построения систем температурной подготовки УВГ, математические модели и характеристики  охлаждения  ракетного топлива при непосредственном контакте ракетного топлива с диспергированным жидким азотом  на основе численного решения системы уравнений тепломассопереноса рассмотрены в публикациях [3,9].
Для проведения проектных и эксплуатационных расчетов характеристик системы охлаждения УВГ более предпочтительными являются аналитические модели, позволяющие определять необходимые значения расхода и массы жидкого азота, а также времени охлаждения (нагрева) топлива при конкретных условиях и требованиях выполнения операции температурной подготовки топлива на стартовом комплексе.
Разработаны математические модели и рассмотрены характеристики процессов температурной подготовки УВГ в системе заправки стартового комплекса, основанные на аналитических решениях уравнений теплообмена и позволяющие определять режимные параметры процессов температурной подготовки топлива при проектировании и эксплуатации системы заправки РКН.
Рассмотрена технологическая схема системы заправки РКН с возможностью предварительной температурной подготовки УВГ на стартовом комплексе. В представленной системе охлаждение топлива в емкости-хранилище перед заправкой в топливные бак РКН осуществляется посредством барботажа УВГ жидким азотом. Нагрев УВГ в емкости осуществляется при работе насосной станции, обеспечивающей циркуляцию топлива через теплообменник-нагреватель с возвратом УВГ в емкость-хранилище.
Математические модели процессов охлаждения и нагрева УВГ построены в предположении о квазистационарности теплообмена емкости-хранилища с окружающей средой.
Приведены зависимости для определения относительной массы азота и времени для выполнения операции охлаждения топлива от начальной до требуемой конечной температуры, а также зависимости для нахождения времени операции нагрева  при заданных мощностях теплообменника-нагревателя и насосной станции заправочной системы.
Приведены результаты расчетов относительных затрат жидкого азота при охлаждении УВГ  в зависимости от массового расхода азота в системе охлаждения топлива в сравнении с экспериментальными данными и данными численных расчетов. Максимальная погрешность аналитических расчетных результатов и экспериментальных значений относительных затрат жидкого азота не превышает 4,5%, а погрешность определения времени проведения операций температурной подготовки – 5%.
Полученные аналитические зависимости и результаты расчетов на их основе являются адекватными, удовлетворительно согласуются с результатами экспериментов, не уступают в точности результатам численных расчетов,  значительно упрощают порядок выполнения проектных и эксплуатационных расчетов процессов температурной подготовки УВГ по сравнению с численным решением. Их применение позволяет анализировать эффективность операций нагрева и охлаждения УВГ в зависимости от конструктивных параметров емкости-хранилища, ее тепловой изоляции, массы топлива, тепловой мощности нагревательных устройств, расхода азота, а также определять потребную массу жидкого азота и время операций охлаждения  (нагрева) топлива при эксплуатации систем заправки стартовых комплексов при  различных значениях параметров окружающей среды, начальных и требуемых конечных значений температуры топлива.

Список литературы
  1. Александров А.А., Гончаров Р.А., Игрицкий В.А., Чугунков В.В. Методика выбора рациональных режимов охлаждения углеводородного горючего стартовым оборудованием перед заправкой топливных баков ракеты-носителя // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2011. № 1. С. 40—46.
  2. Гончаров Р.А., Чугунков В.В. Определение параметров и режимов работы стартового оборудования по охлаждению углеводородного горючего перед заправкой в бортовые баки ракеты-носителя // Известия ВУЗов. Серия Машиностроение. 2012. - № спецвыпуск : Работы студентов и молодых ученых МГТУ им. Н. Э. Баумана. - С. 35-38.
  3. Александров А.А., Денисов О.Е., Золин А.В., Чугунков В.В. Охлаждение ракетного топлива стартовым оборудованием с применением жидкого азота // Известия ВУЗов. Машиностроение. 2013. № 4. С. 24-29. DOI: 10.18698/0536-1044-2013-4-24-29
  4. Комлев Д.Е., Соловьев В.И. Охлаждение нафтила методом криогенного барботажа // Новости техники: сборник. М.: КБТМ, 2004. С.137-141.
  5. Денисов О.Е., Золин А.В., Чугунков В.В. Методика моделирования охлаждения компонентов ракетного топлива с применением жидкого азота и промежуточного теплоносителя // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электронный журн. 2014. № 3. С. 145-161. DOI: 10.7463/0314.0699941.
  6. Павлов С. К., Чугунков В. В. Математическая модель процесса температурной подготовки компонентов жидкого ракетного топлива с использованием теплообменника и теплоносителя, охлаждаемого жидким азотом // Наука и образование. МГТУим. Н.Э. Баумана. Электронныйжурн. 2014. № 12. С. 136-150. DOI: 10.7463/0815.9328000.
  7. Wen D.S., Chen H.S., Ding Y.L., Dearman P. Liquid nitrogen injection into water: Pressure build-up and heat transfer // Cryogenics. 2006. Vol. 46, no. 10. P. 740-748. DOI: 10.1016/j.cryogenics.2006.06.007.
  8. Домашенко А.М., Блинова И.Д. Исследования тепломассообмена при сбросе криогенных продуктов в воду // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2007. № 12. С. 17-19.
  9. Золин А.В., Чугунков В.В. К выбору технического облика и рациональных параметров систем охлаждения и обезвоживания для хранилищ углеводородного горючего космодромов // Известия ВУЗов. Машиностроение. 2012. Работы студентов и молодых ученых МГТУ им. Н.Э. Баумана. Спец. вып. С. 39-42.
  10. Кобызев С. В., Золин А. В., Чугунков В. В. Построение рациональной схемы подготовки углеводородного горючего по температуре и влагосодержанию с использованием жидкого и газообразного азота на стартовом и техническом комплексах космодрома. // Наука и образование. МГТУим. Н.Э. Баумана. Электронныйжурн. 2012 №10. С.147-156. DOI: 10.7463/1012.0486647
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2017 «Аэрокосмический научный журнал» Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)