ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
ISSN 1561-9184 (печатная версия), ISSN 2616-6380 (електронная версия)

ГЛАВНАЯ    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЛЕГИЯ    АВТОРАМ    ТЕКУЩИЙ ВЫПУСК    АРХИВ    КОНТАКТЫ

УДК 629.76

Техническая механика, 2014, 3, 58 - 70

РАЦИОНАЛЬНЫЙ ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ДИНАМИЧЕСКОГО ГАСИТЕЛЯ ПРОДОЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЖИДКОСТНОЙ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ

Хоряк Н. В.

      Значительное возрастание амплитуд упругих продольных колебаний корпуса ракеты-носителя (РН), возникающее при потере продольной устойчивости жидкостных РН, может приводить к аварийным ситуациям. Меры по обеспечению продольной устойчивости обычно направлены на устранение опасного сближения собственных частот колебаний корпуса РН и жидкостной ракетной двигательной установки (ЖРДУ). Альтернативным методом является установка на РН динамического гасителя колебаний (ДГК), который настраивается на опасную частоту и подавляет ее. ДГК не устраняет колебаний, а лишь снижает их амплитуды (“смягчает” неустойчивость), однако установить ДГК на готовую ракету проще, чем демпфирующие устройства в ее ЖРДУ. Проблема заключается в том, что при определении массы и места установки ДГК на РН не всегда можно воспользоваться существующими рекомендациями по выбору оптимальных параметров ДГК, а частота продольных колебаний корпуса РН, на которую должен настраиваться ДГК, изменяется во время полета РН. Определение частоты настройки ДГК становится еще более проблематичным, если продольные колебания с разными частотами возникают на нескольких участках полета РН. С другой стороны, анализ влияния параметров ДГК на продольную устойчивость РН с использованием традиционной математической модели динамического взаимодействия ЖРДУ и корпуса РН является весьма трудоемкой задачей. В настоящей статье предложен подход к определению параметров ДГК на основе численного исследования устойчивости линейной динамической системы “ЖРДУ – корпус РН с ДГК”, при выполнении которого используется усовершенствованная математическая модель динамического взаимодействия ЖРДУ и корпуса РН с ДГК. Предложенный подход использован для определения параметров динамического гасителя продольных колебаний трехступенчатой жидкостной РН, у которой потеря продольной устойчивости происходит на двух участках полета. Выбранные значения параметров ДГК обеспечили значительное уменьшение областей существования нарастающих колебаний системы “ЖРДУ – корпус РН” и коэффициентов их нарастания, что ограничило возможность развития этих колебаний и привело к “смягчению” неустойчивости системы.

Продольная устойчивость жидкостной ракеты; упругие продольные колебания, динамический гаситель колебаний, устойчивость по первому приближению ляпунова, собственные значения, параметры собственных колебаний.

1. Натанзон М. С. Продольные автоколебания жидкостной ракеты / М. С. Натанзон. – М. : Машино-строение, 1977. – 208 с.

2. Oppenheim B. W. Advanced Pogo Stability Analysis for Liquid Rockets / B. W. Oppenheim, S. Rubin // Journal of Spacecraft and Rockets. – 1993. – Vol. 30, No. 3. – P. 360 – 383.

3. Колесников К. С. Динамика ракет / К. С. Колесников. – М. : Машиностроение, 1980. – 376 с.

4. Рабинович Б. И. Неустойчивость жидкостных ракет и космических аппаратов и некоторые фрагменты борьбы с ней / Б. И. Рабинович. – М. : ИКИ РАН, 2006. – 40 с. (Препринт / Российская академия наук ; Институт космических исследований ; Н/8977/Пр-2123)

5. Динамика жидкостных ракетных двигательных установок и продольная устойчивость жидкостных ракет-носителей / В. В. Пилипенко, В. А. Задонцев, Н. И. Довготько, Ю. Е. Григорьев, И. К. Манько, О. В. Пилипенко // Техническая механика. – 2001. – № 2. – С. 11 – 37.

6. Preventing POGO on Titan IVB. Crosslink // The Aerospace Corporation magazine of advances in aerospace technology. – Summer 2003. – P. 3.

7. Pilipenko V. V. Providing the LPRE-Rocket Structure Dynamic Compatibility / V. V. Pilipenko // AIAA / SAE / ASME / ASEE 29th Joint Propulsion Conference and Exhibit (June 28 – 30, 1993). – Monterey, CA. – 10 p.

8 Коренев Б. Г. Динамические гасители колебаний. Теория и технические приложения / Б. Г. Коренев, Л. М. Резников. – М. : Наука, 1988. – 306 с.

9. Динамические гасители. Техническая информация и типы устройств // Системы защиты конструкций. – Maurer Sohne GmbH & Co.KG, Мюнхен, Германия. – 20 с. – Режим доступа к журн. /http://www.maurer-soehne.ru/files/bauwerkschutzsysteme/pdf/en/brochure/TMD_RU.

10. Dotson K. Mitigating Pogo on Liquid-Fuelled Rockets / K. Dotson // Crosslink. Aerospace Corporation maga-zine of advances in aerospace technology. – 2003. – Winter. – P. 26 – 29.

11. Хоряк Н. В. Математическое моделирование взаимодействия продольных колебаний корпуса жидкост-ной ракеты как многосвязной упруго-диссипативной системы и динамических процессов в двигатель-ной установке / Н. В. Хоряк, А. Д. Николаев // Техническая механика. – 2010. – № 3. – С. 27 – 37.

12. Хоряк Н. В. Анализ устойчивости многоконтурной динамической системы “ЖРД – корпус РН” по спектру матрицы: методические основы и приложение / Н. В. Хоряк // Авиационно-космическая техника и технология. – 2007. – № 9(45). – С. 87 – 91.

13. Хоряк Н. В. Влияние демпфирования колебаний жидкого топлива в баках на амплитуды продольных колебаний жидкостной ракеты / Н. В. Хоряк, А. Д. Николаев, С. И. Долгополов // Авиационно-космическая техника и технология. – 2014. – № 7/114. – С. 34 – 40.

14. Николаев А. Д. Определение параметров собственных продольных колебаний конструкции корпуса жидкостных ракет-носителей с учетом диссипации энергии / А. Д. Николаев, Н. В. Хоряк // Авиационно-космическая техника и технология. – 2004. – Вып. 4/12. – С. 62 – 73.

15. Гладкий В. Ф. Динамика конструкции летательного аппарата / В. Ф. Гладкий. – М. : Наука, 1969. – 496 с.

16. Динамика старта жидкостных ракет-носителей космических аппаратов / Г. И. Богомаз, Н. Е. Науменко, М. Б. Соболевская, И. Ю. Хижа. – К. : Наукова думка, 2005. – 248 с.

Copyright (©) 2014 Хоряк Н. В.

Copyright © 2014-2018 Техническая механика