Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: XC Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 08 июня 2020 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Космос, Авиация

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Шакишева Л.Г. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИБОЛЕЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОЙ МОДИФИКАЦИИ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНОГО РН «СОЮЗ-5» НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. XC междунар. студ. науч.-практ. конф. № 6(89). URL: https://sibac.info/archive/technic/6(89).pdf (дата обращения: 29.03.2024)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 90 голосов
Дипломы участников
Диплом Интернет-голосования

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИБОЛЕЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОЙ МОДИФИКАЦИИ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНОГО РН «СОЮЗ-5» НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ

Шакишева Лаура Ганикызы

студент, кафедра КиИЛА, филиал «Восход» Московского Авиационного Института,

РФ, г. Байконур

Шестопалова Ольга Львовна

научный руководитель,

канд. техн. наук, доц., филиал «Восход» Московского авиационного института,

РФ, г. Байконур

В данной работе произведены оценка и выбор жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) для применения на перспективной ракете-носителе (РН) «Союз - 5». А также дальнейшего использования на ракетах-носителях сверхтяжелого класса. Оценка проводилась группой экспертов на основании семи критериев данной технической системы.

На основании мнений группы экспертов выявлены наиболее важные характеристики: тяга, масса, удельный импульс и стоимость. Частота вращения, ПДК горючего и расход топлива, имеющие меньшие весовые значения, оставлены в математической модели, так как они оказывают влияние на выбор ЖРД при комплексном оценивании.

Анализу подвернуты следующие ракетные двигатели: РД-107, РД-170, РД-173, РД-180 и РД-191.

РД-107 (индекс 8Д74) — ЖРД, созданный для первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты Р-7 в ОКБ-456. Используется на каждом боковом блоке первой ступени всех ракет-носителей семейства «Союз».

РД-170 — советский ЖРД, разработанный КБ «Энергомаш» (начало работ 1976). Четырёхкамерный двигатель закрытого цикла работает на паре кислород-керосин. Разработан для РН «Энергия».[1]

РД-173 (РД-171М) — жидкостный ракетный двигатель, разработанный КБ «Энергомаш». Представляет собой модификацию двигателя РД-171.

РД-180 — российский двухкомпонентный ЖРД закрытого цикла с дожиганием окислительного генераторного газа после турбины, оснащён двумя камерами сгорания и двумя соплами. Разработан в середине 1990-х годов, на основе мощнейшего советского двигателя РД-170, производится на территории России в «НПО Энергомаш им. академика В. П. Глушко».[1]

РД-191 — российский однокамерный жидкостный ракетный двигатель с дожиганием окислительного газа, работающий на нетоксичных компонентах. Разработан для семейства российских РН «Ангара». Разработчик — НПО «Энергомаш» им. В.П. Глушко. [3]

Ниже в таблице 1 приведены характеристики перечисленных ЖРД. [1,2]

Таблица 1.

Характеристики ЖРД

ЖРД

Тяга, тс

Масса, кг

Удельный

импульс,

с

Расход топлива, кг/с

Частота вращения, об/мин

ПДК горючего, кг/м3

Стоимость, млн. долл.

РД-107

805,4

9450

265

2500

18000

150

13

РД-170

790,0

9500

309

2400

19000

180

13

РД-173

804,0

9300

309

2395

19000

250

9

РД-180

720,0

1000

311,3

2395

19000

250

11,225

РД-191

735,0

9160

311,2

2395

19000

300

13

 

Для решения данной задачи была применена процедура свертывания критериев методом аддитивной оптимизации с предварительным использованием методов ранжирования, балльных оценок, допустимых относительных отклонений, попарных приоритетов.

Ниже приведена сводная таблица весовых коэффициентов характеристик, вычисленных перечисленными выше методами.

Таблица 2.

Весовые коэффициенты характеристик

 

Тяга

Масса

Удельный импульс

Расход топлива

Частота вращения

ПДК

топлива

Стоимость

Сумма

Метод ранжирования

0,193

0,186

0,143

0,136

0,1

0,107

0,136

1

Метод балльных оценок

0,182

0,176

0,173

0,145

0,094

0,096

0,134

1

Метод отн-ных отклонений

0,174

0,165

0,172

0,112

0,103

0,158

0,116

1

Метод попарных приоритетов

0,180

0,181

0,172

0,144

0,093

0,096

0,133

1

Сумма

0,754

0,690

0,648

0,550

0,405

0,417

0,536

4

Весовые коэффициенты

0,182

0,177

0,165

0,134

0,098

0,114

0,130

1

 

Для решения, в первую очередь, была произведена нормализация критериев с помощью определения максимума каждой отдельной характеристики. Исходя из данных таблицы 1, получили, что ; ;.

При решении задачи максимизируются тяга, удельный импульс, частота вращения, ПДК, а масса, расход топлива и стоимость минимизируются.

Исходя из принципа максимизации эффективности, нормализуем критерии:

Оптимальным будет тот вариант, который обеспечивает максимальное значение функций цели по формуле :

Так как Fmax=F3=0,579, то это говорит о том, что с помощью данного метода был определен наиболее полно удовлетворяющий заданным предпочтениям группы экспертов: РД-173.

По сравнению с РД-170 несколько увеличена тяга, переделаны агрегаты подачи топлива (в первую очередь, основной ТНА) и в системе регулирования не используются дроссели окислителя, что серьёзно упростило конструкцию двигателя, снизило массу и повысило надёжность. По проведенным исследованиям РД-173 имеет преимущество по сравнению с РД-180 и РД-191 по массово-энергетическим характеристикам и экономически выгодно для использования на отечественных РН.

Однако, данное решение, полученное в результате математического моделирования, не является единственно верным, так как основывается на оценочном мнении группы экспертов. К примеру, в данной работе максимум предпочтения отдается тяговооруженности и массе представленных ЖРД. Но, в случае смены приоритетных характеристик оптимальное значение может смениться в пользу другого типа, с наибольшими параметрами, соотносящимися с максимальным возможным значением в приоритете.

Ввиду этого проведенную работу следует рассматривать, как основу и рекомендации для дальнейших более тщательных исследований. Окончательное решение и принятие выбора в данном случае остается за лицом, принимающим решение.

 

Список литературы:

  1. НПО «ЭНЕРГОМАШ» имени академика В.П. Глушко «Путь в ракетной технике» под ред. Б.И. Каторгина. – М.: Машиностроение/Машиностроение – Полет, 2004. – 488 с.
  2. ГОСТ 10227-2013 Топлива для реактивных двигателей. Технические условия, 2013 – 20 с.
  3. Вестник Российской академии наук, том 74, № 3, 2004 С. 499-506.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 90 голосов
Дипломы участников
Диплом Интернет-голосования

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.