СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

MODERN SCIENTIFIC RESEARCH ON IMPROVING THE LIQUID ROCKET ENGINE

Nikolay Kaushan

student, Department of Aircraft Engines, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

Ракетные двигатели нуждаются в конструктивном совершенствовании по причинам повышения и расширения требований к ним. Цель статьи – рассмотреть направления совершенствования конструкции центробежных насосов жидкостных ракетных двигателей. В настоящей статье отмечаются современные публикации специалистов, которые рассматривают методический аспект работ над совершенствованием конструкции центробежных насосов жидкостных ракетных двигателей. Автор полагает, что необходима общая методика расчёта и проектирования насосов ЖРД, с учетом видов насосов, их параметров. Существующие методики, в том числе, представленные в работах вышеуказанных авторов не учитывают значительное количество параметров, которые влияют на надежную работу насоса.

ABSTRACT

Rocket engines need constructive improvement for reasons of increasing and expanding the requirements for them. The purpose of the article is to consider the directions of improving the design of centrifugal pumps of liquid rocket engines. In this paper, modern publications of specialists who consider the methodological aspect of work on improving the design of centrifugal pumps of liquid rocket engines are noted. The author believes that a general methodology for calculating and designing liquid propellant pumps is necessary, taking into account the types of pumps and their parameters. The existing methods, including those presented in the works of the above authors, do not take into account a significant number of parameters that affect the reliable operation of the pump.

Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель; насос; эксплуатация, кавитационные характеристики.

Keywords: liquid rocket engine; pump; operation, cavitation characteristics.

Напор насоса – это приращение механической энергии жидкости, прошедшей через насос [6]. Полученная жидкостью энергия требуется для преодоления различных гидравлических сопротивлений (клапаны, дроссели, шероховатость трубопроводов) с тем, чтобы давление компонентов в камере сгорания двигателя было равно заданному значению, для чего требуется стабильная работа насоса. «Надежность жидкостного ракетного двигателя – это свойство ЖРД сохранять работоспособное состояние при установленных условиях эксплуатации»[2].

Специалисты выделяют проблемы совершенствования многоступенчатых центробежных насосов [3], предлагая варианты совершенствования конструктивных особенностей этого узла ЖРД. Специалисты рассматривают методы рациональной и экономичной эксплуатации насосов на основе регулирования изменения частоты вращения вала рабочего колеса насоса. В работе [1] рассматривается влияние изменения частоты вращения на параметры насоса и, соответственно, на баланс потерь энергии. В работе [4] показана расчетная модель для режимов работы ступеней насосов близких к оптимальным и может быть использована для накопления статистической информации по балансу потерь в проточной части ЦН.

Особенностью насосов типа ЦНС является малая величина зазора между рабочим колесом и лопатками направляющего колеса, поэтому для них лучшие результаты при расчетах вязкого течения и прогнозных энергетических характеристик насоса дает нестационарный подход. В работе [7] использован метод исследования пространства параметров. Некоторые работы затрагивают проблемы методического характера. В И.В. Щербатенко [8] представлена методика прогнозирования частной кавитационной характеристики шнековых колёс с различной формой входной кромки, основанная на идентичности механизма выравнивания потока за решеткой на кавитационных и безкавитационных режимах работы. Данный метод даёт удовлетворительное согласование результатов расчета с результатами экспериментов 4 различных шнековых колёс. Однако данный метод, как и предыдущий, имеет такие же недостатки, за исключением замены угла лопасти и условия для углов атаки.

В источнике [5] представлен метод расчета кавитационных характеристик шнековых и шнекоцентробежных насосов, основанный на расчете значений кавитационного запаса по третьему, второму и первому, критическому режиму и дальнейшей их линейной аппроксимации. Несколько работ посвящены разработке математической модели совершенствования работы насоса.

В итоге, обобщая проблемы определения характеристик насосов ЖРД, следует разработать общую методику расчёта и проектирования насосов ЖРД, с учетом видов насосов, их параметров. Существующие методики, в том числе, представленные в работах вышеуказанных авторов не учитывают значительное количество параметров, которые влияют на надежную работу насоса.

Список литературы:

1. Баланс потерь энергии в центробежном насосе при изменении частоты вращения рабочего колеса / Кан Э.К. // Irrigatsiya va Melioratsiya. 2018. № 3 (13). C. 41-44
2. ГОСТ 17655-89. Двигатели ракетные жидкостные. Термины и определения. Введ. 1991-01-01. Москва: Изд-во стандартов, 1990. 59 с.
3. Дергач И. В. Актуальные проблемы совершенствования многоступенчатых центробежных насосов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : сб. материалов VI Междунар. науч.-практ. Конф., посвященной Дню космонавтики. В 3-х томах (Красноярск, 13–17 апреля 2020 г.). – Красноярск, СибГУ им. М. Ф. Решетнёва, 2020. – С. 158-160
4. Оптимальная модель для анализа баланса потерь в проточной части промежуточной ступени насоса / Пугачев П.В. // В сб.: Гидравлические машины, гидропневмоприводы и гидропневмоавтоматика. Современное состояние и перспективы развития Сборник научных трудов международной научно-технической конференции. –2018. – С. 233-239
5. Петров В.П., Чебаевский В.Ф. Кавитация в высокооборотных лопастных насосах. М.: «Машиностроение», 1982. – 192 с.
6. Савчин, Д. А. Разработка и анализ модели процесса получения напорной характеристики центробежных насосов жидкостных ракетных двигателей // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. – 2021. – Т. 5. – № 1. – С. 95-10
7. Улучшение гидравлических и пульсационных характеристик многоступенчатых центробежных насосов / Иванов Е.А., Жарковский A.A., Борщев И.О. // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2018. Т. 24. № 3. С. 126-138
8. Щербатенко И.В. Разработка теории и методов расчета шнековых рабочих колес лопастных насосов с учетом теплофизических свойств жидкости. дис. докт. техн. наук: 05.04.13: защищена 15.04.2002: утв. 12.07.2002/ Щербатенко Игорь Владимирович. - М., 2001. С. 441