avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2023-7-3-82-88TWJQSQavroen-113Research ArticleАВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКАAVIATION AND ROCKET-SPACE ENGINEERINGРазработка математической модели процессов в газогенераторе с унитарным топливом для питания турбины жидкостной ракетной двигательной установкиDevelopment of mathematical model of processes in gas generator with unitary fuel for powering turbine of liquid rocket enginehttps://orcid.org/0000-0002-1987-2138ЯковлевА. Б.YakovlevA. B.

Яковлев Алексей Борисович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Авиа- и ракетостроение»

AuthorID (РИНЦ): 488687

AuthorID (SCOPUS): 56503089200

ResearcherID: E-7451-2014

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

Yakovlev Aleksey Borisovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of Aircraft and Rocket Building Department

AuthorID (RSCI): 488687

AuthorID (SCOPUS): 56503089200

ResearcherID: E-7451-014

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

yakovlev@omgtu.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202330092023738288Copyright © Яковлев А.Б., 20232023Яковлев А.Б.Yakovlev A.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/113

В статье рассматривается динамическая модель газогенератора с управляющим дросселем жидкостной ракетной двигательной установки с насосной системой подачи и унитарным топливом для питания турбины. Получена система уравнений динамики, описывающих процессы, происходящие в однокомпонентном газогенераторе и дроссельном кране. Математическая модель позволяет провести анализ и выявить основные закономерности влияния входных величин на управляемую величину.

The article considers the dynamic model of a gas generator with control throttle of liquid rocket engine with pumping supply system and unitary fuel for powering the turbine. The system of dynamic equations describing the processes occurring in a single-component gas generator and a throttle valve is obtained. The mathematical model makes it possible to analyze and identify the main patterns of the influence of input quantities on the controlled quantity.

динамические процессысистема автоматического регулированияоднокомпонентный газогенератордроссельный кранжидкое ракетное топливоdynamic processesautomatic control systemsingle-component gas generatorthrottle valveliquid rocket fuelReferencesОрлин С. А. Повышение экономичности кислородно-углеводородных жидкостных ракетных двигателей различного назначения путем внедрения промежуточного охладителя // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 4 (16). С. 30.Orlin S. A. Povysheniye ekonomichnosti kislorodno-uglevodorodnykh zhidkostnykh raketnykh dvigateley razlichnogo naznacheniya putem vnedreniya promezhutochnogo okhladitelya [Increase of intermediate coolant lox-he engines efficiency of various application] // Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii. Engineering Journal: Science and Innovation. 2013. No. 4 (16). P. 30. (In Russ.).Абдуллин М. Р., Давлатов Н. Б., Шигапов Р. Р. Анализ и классификация путей совершенствования жидкостных ракетных двигателей одно- и многоразового использования на углеводородных и азотсодержащих горючих и охладителях // XXIV Туполевские чтения (школа молодых ученых): материалы Междунар. молодеж. науч. конф. В 6 т. Казань, 2019. Т. 2. С. 314–320.Abdullin M. R., Davlatov N. B., Shigapov R. R. Analiz i klassifikatsiya putey sovershenstvovaniya zhidkostnykh raketnykh dvigateley odno- i mnogorazovogo ispol’zovaniya na uglevodorodnykh i azotosoderzhashchikh goryuchikh i okhladitelyakh [Analysis and classification of the ways to improve liquid rocket engines of non-reusable and reusable applying on hydrocarbon and nitrogen-containing fuels and coolers] // XXIV Tupolevskiye chteniya (shkola molodykh uchenykh). XXIV Tupolevskiye chteniya (shkola molodykh uchenykh). In 6 vols. Kazan, 2019. Vol. 2. P. 314–320. (In Russ.).Пиунов В. Ю., Назаров В. П., Коломенцев А. И. Совершенствование энергетических характеристик кислородно-водородных жидкостных ракетных двигателей разгонных блоков методом оптимизации конструктивных схем // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24, № 3. С. 23–33.Piunov V. Yu., Nazarov V. P., Kolomentsev A. I. Sovershenstvovaniye energeticheskikh kharakteristik kislorodno-vodorodnykh zhidkostnykh raketnykh dvigateley razgonnykh blokov metodom optimizatsii konstruktivnykh skhem [Upper stage oxygen—hydrogen rocket engine energy characteristics improvement by structural scheme optimization method] // Vestnik Moskovskogo aviatsionnogo instituta. Aerospace MAI Journal. 2017. Vol. 24, no. 3. P. 23–33. (In Russ.).Косовягин К. В., Скоморохов Г. И. Моделирование газодинамического тракта тарельчатого сопла жидкостного ракетного двигателя с обратным потоком в кольцевой камере сгорания // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15, № 1. С. 100–106. DOI: 10.25987/VSTU.2019.15.1.015.Kosovyagin K. V., Skomorokhov G. I. Modelirovaniye gazodinamicheskogo trakta tarel’chatogo sopla zhidkostnogo raketnogo dvigatelya s obratnym potokom v kol’tsevoy kamere sgoraniya [Design of the gas dynamic tract of the disc nozzle of a liquid rocket engine with reverse flow in an annular combustion chamber] // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Bulletin of the Voronezh State Technical University. 2019. Vol. 15, no 1. P. 100–106. DOI: 10.25987/VSTU.2019.15.1.015. (In Russ.).Бабкин А. И., Белов С. И., Рутовский Н. Б. [и др.]. Основы теории автоматического управления ракетных двигательных установок. 2-е изд. Москва: Машиностроение, 1986. 458 с.Babkin A. I., Belov S. I., Rutovskij N. B. [et al.]. Osnovy teorii avtomaticheskogo upravleniya raketnyh dvigatel'nyh ustanovok [Fundamentals of the theory of automatic control of rocket propulsion systems]. 2nd ed. Moscow: Mashinostroyeniye Publ., 1986. 458 p. (In Russ.).Яковлев А. Б. К вопросу о выборе схемы двигательной установки летательного аппарата // Омский научный вестник. 2013. № 1 (117). С. 109–113.Yakovlev A. B. K voprosu o vybore skhemy dvigatel’noy ustanovki letatel’nogo apparata [To a question of a choice of the scheme of the propulsion system of the aircraft] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2013. No. 1 (117). P. 109–113. (In Russ.).Беляков В. В., Ивченко В. Д. Система управления тягой ракетного двигателя на основе параметров рабочего тела // Вестник МГТУ МИРЭА. 2013. № 1. С. 125–128.Belyakov V. V., Ivchenko V. D. Sistema upravleniya tyagoy raketnogo dvigatelya na osnove parametrov rabochego tela [Traction control system rocket engine based on the parameter combustion products] // Vestnik MGTU MIREA. Herald of MSTU MIREA. 2013. No 1. P. 125–128. (In Russ.).Калачевский Б. А., Яковлев А. Б. ЖРДУ как исполнительный орган системы управления движением // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2012. № 5. С. 46–51.Kalachevskiy B. A., Yakovlev A. B. ZhRDU kak ispolnitel’nyy organ sistemy upravleniya dvizheniyem [The liquid rocket engine as an executive organ of a control system of movement] // Polet. Obshcherossiyskiy nauchno-tekhnicheskiy zhurnal. All-Russian Scientific-Technical Journal «Polyot» («Flight»). 2012. No. 5. P. 46–51. (In Russ.).Лебединский Е. В., Калмыков Г. Л., Мосолов С. В. [и др.]. Компьютерные модели жидкостных ракетных двигателей / под ред. А. С. Коротеева. Москва: Машиностроение, 2009. 375 с. ISBN 978-5-217-03449-9.Lebedinskiy E. N., Mosolov S. V., Kalmykov G. P. [et al.]. Komp’yuternyye modeli zhidkostnykh raketnykh dvigateley [Computer models of liquid-propellant rocket engines]. Moscow: Mashinostroyeniye Publ., 2009. 375 p. ISBN 978-5-217-03449-9. (In Russ.).Кузьменко И. А., Яковлев А. Б. Расчет статической характеристики системы подачи унитарного топлива в газогенератор жидкостного ракетного двигателя // Омский научный вестник. 2018. № 6 (162). С. 15–18. DOI: 10.25206/1813-8225-2018-162-15-18.Kyzmenko I. A., Yakovlev A. B. Raschet staticheskoj harakteristiki sistemy podachi unitarnogo topliva v gazogenerator zhidkostnogo raketnogo dvigatelya [Computation of static characteristic of the fuel supply system to the unitary gas generator of a liquid rocket engine] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2018. No. 6 (162). P. 15–18. DOI: 10.25206/1813-8225-2018-162-15-18. (In Russ.).Волков Е. Б., Сырицын Т. А., Мазинг Г. Ю. Статика и динамика ракетных двигательных установок. Книга II. Динамика. Москва: Машиностроение, 1978. 320 с.Volkov E. B., Syritsyn T. A., Mazing G. Yu. Statika i dinamika raketnykh dvigatel’nykh ustanovok. Kniga II. Dinamika [Statics and dynamics of rocket propulsion systems. Book II. Dynamics]. Moscow: Mashinostroyeniye Publ., 1978. 320 p. (In Russ.).Беляев Е. Н., Чванов В. К., Черваков В. В. Математическое моделирование рабочего процесса жидкостных ракетных двигателей. Москва: Изд-во МАИ, 1999. 228 с. ISBN 5-7035-2221-8.Belyayev E. N., Chvanov V. K., Chervakov V. V. Matematicheskoye modelirovaniye rabochego protsessa zhidkostnykh raketnykh dvigateley [Mathematical modeling of liquid rocket engines working process]. Moscow, 1999. 228 p. ISBN 5-7035-2221-8. (In Russ.).Karimi H., Mohammadi R., Taheri E. E. Dynamic Simulation and Parametric Study of a Liquid Propellant Engine // 2007 3rd International Conference on Recent Advances in Space Technologies. Istanbul, 2007. P. 219–224. DOI: 10.1109/RAST.2007.4283980.Karimi H., Mohammadi R., Taheri E. E. Dynamic Simulation and Parametric Study of a Liquid Propellant Engine // 2007 3rd International Conference on Recent Advances in Space Technologies. Istanbul, 2007. P. 219–224. DOI: 10.1109/RAST.2007.4283980. (In Engl.)Hetem A., Miraglia J., Burian R. [et al.]. Numerical Simulation of Liquid Propellant Rocket Engines // 2011 Proceedings of the 34th International Convention MIPRO. Opatija, 2011. P. 930–934.Hetem A., Miraglia J., Burian R. [et al.]. Numerical Simulation of Liquid Propellant Rocket Engines // 2011 Proceedings of the 34th International Convention MIPRO. Opatija, 2011. P. 930–934. (In Engl.)Беляев Е. Н., Коломенцев А. И., Насименто Л. Б., Назаров В. П. Влияние конструктивных параметров регулятора расхода на его статические и динамические характеристики // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М. Ф. Решетнева. 2014. № 1 (53). С. 109–113.Belyayev E. N., Kolomentsev A. I., Nasimento L. B., Nazarov V. P. Vliyaniye konstruktivnykh parametrov regulyatora raskhoda na ego staticheskiye i dinamicheskiye kharakteristiki [Influence of design parameters of a flow regulator on its static and dynamic characteristics] // Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika M. F. Reshetneva. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika M. F. Reshetneva. 2014. No. 1 (53). P. 109–113. (In Russ.).Калачевский Б. А., Яковлев А. Б. Моделирование процессов, происходящих в газогенераторе, работающем на унитарном топливе // Омский научный вестник. 2014. № 2 (130). С. 48–52.Kalachevskiy B. A., Yakovlev A. B. Modelirovanie processov, proiskhodyashchih v gazogeneratore, rabotayushchem na unitarnom toplive [Modeling of the Processes in Gas Generator Working on Unicomponent Fuel] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2014. No. 2 (130). P. 48–52. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.