avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2024-8-3-116-122CRJZBKavroen-71Research ArticleАВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКАAVIATION AND ROCKET-SPACE ENGINEERINGМатематическое описание процессов в насосной системе подачи топлива в камеру сгорания жидкостного ракетного двигателяMathematical description of the processes in the pumping system for supplying fuel to the combustion chamber of a liquid rocket enginehttps://orcid.org/0000-0002-1987-2138ЯковлевА. Б.YakovlevA. В.

Яковлев Алексей Борисович, кандидат технических наук, доцент (Россия), заведующий кафедрой «Авиа и ракетостроение» 

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

AuthorID (РИНЦ): 488687,

AuthorID (SCOPUS): 56503089200,

ResearcherID: E-7451-2014

 

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

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

AuthorID (RSCI): 488687,

AuthorID (SCOPUS): 56503089200,

ResearcherID: E-7451-014

yakovlev@omgtu.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation20243009202483116122Copyright © Яковлев А.Б., 20242024Яковлев А.Б.Yakovlev A.В.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/71

В статье рассматривается математическая модель насосной системы подачи топлива в камеру жидкостного ракетного двигателя, состоящей из активной и пассивной частей гидравлической системы. Получено дифференциальное уравнение, описывающее процессы, происходящие в системе топливоподачи, которое позволяет провести динамический анализ и выявить основные закономерности влияния на регулируемую величину задающего и возмущающих воздействий, а также получить переходные процессы от этих воздействий.

The article considers a mathematical model of a pumping system for supplying fuel to a liquid rocket engine chamber consisting of active and passive parts of a hydraulic system. A differential equation describing the processes occurring in the fuel supply system is obtained. The mathematical model makes it possible to analyze and identify the main patterns of influence of the control and disturbing quantities on the controlled quantity, as well as to obtain transients.

динамические процессыжидкое ракетное топливотопливный насосфорсуночная головкатопливные магистралиактивная часть гидросистемыпассивная часть гидросистемыпереходный процессdynamic processesliquid rocket fuelfuel pumpnozzle headfuel linesactive part of the hydraulic systempassive part of the hydraulic systemtransition processReferencesПузин Ю. Я., Сафронов С. Л. Основы устройства и эксплуатации космических комплексов. Самара: Изд-во Самарского университета, 2022. 236 с. ISBN 978-5-7883-1768-7.Puzin Yu. Ya., Safronov S. L. Osnovy ustroystva i ekspluatatsii kosmicheskikh kompleksov [Fundamentals of the design and operation of space complexes]. Samara, 2022. 236 p. ISBN 978-5-7883-1768-7. (In Russ.).Яковлев А. Б. Разработка математической модели процессов в газогенераторе с унитарным топливом для питания турбины жидкостной ракетной двигательной установки // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2023. Т. 7, № 3. С. 82–88. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-3-82-88. EDN: TWJQSQ.Yakovlev A. B. Razrabotka matematicheskoy modeli protsessov v gazogeneratore s unitarnym toplivom dlya pitaniya turbiny zhidkostnoy raketnoy dvigatel’noy ustanovki [Development of mathematical model of processes in a gas generator with unitary fuel for powering turbine of a liquid rocket engine] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2023. Vol. 7, no. 3. P. 82–88. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-3-82-88. EDN: TWJQSQ. (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. EDN: YTNYXL.Piunov V. Yu., Nazarov V. P., Kolomentsev A. I. Sovershenstvovaniye energeticheskikh kharakteristik kislorodnovodorodnykh 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. EDN: YTNYXL. (In Russ.).Орлин С. А. Повышение экономичности кислородноуглеводородных жидкостных ракетных двигателей различного назначения путем внедрения промежуточного охладителя // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 4 (16). С. 30. EDN: RDGQYD.Orlin S. A. Povysheniye ekonomichnosti kislorodnouglevodorodnykh 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. EDN: RDGQYD. (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. EDN: TCDXRX.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 azotsoderzhashchikh 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. EDN: TCDXRX. (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. EDN: YXBRQT.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. EDN: YXBRQT. (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., Rutovskiy N. B. [et al.]. Osnovy teorii avtomaticheskogo upravleniya raketnykh dvigatel’nykh ustanovok [Fundamentals of the theory of automatic control of rocket propulsion systems]. 2nd ed. Moscow, 1986. 458 p. (In Russ.).Яковлев А. Б. Определение уравнения динамики жидкостной ракетной двигательной установки // Омский научный вестник. 2010. № 1 (87). С. 71–74. EDN: QBNDHT.Yakovlev A. B. Opredeleniye uravneniya dinamiki zhidkostnoy raketnoy dvigatel’noy ustanovki [Determination of the equation of dynamics of a liquid rocket propulsion system] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2010. No. 1 (87). P. 71–74. EDN: QBNDHT. (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. EDN: RXLWKB.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. EDN: RXLWKB. (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.).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, 1978. 320 p. (In Russ.).Яковлев А. Б., Бугаев М. А., Штанг И. А. Характеристики активной и пассивной частей системы подачи топлива на вход в насос ЖРДУ // Омский научный вестник. 2012. № 1 (107). С. 175–178. EDN: QBVETN.Yakovlev A. B., Bugaev M. A., Shtang I. A. Kharakteristiki aktivnoy i passivnoy chastey sistemy podachi topliva na vkhod v nasos ZhRDU [Characteristics of active and passive parts of fuel delivering system to input of pump in liquid rocket engine] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2012. No. 1 (107). P. 175–178. EDN: QBVETN (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.).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., Kalmykov G. P., Mosolov S. V. [et al.]. Komp’yuternyye modeli zhidkostnykh raketnykh dvigateley [Computer models of liquid-propellant rocket engines] / Ed. by. A. S. Koroteyeva. Moscow, 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. EDN: YSWOBN.Kyzmenko I. A., Yakovlev A. B. Raschet staticheskoy kharakteristiki sistemy podachi unitarnogo topliva v gazogenerator zhidkostnogo raketnogo dvigatelya [Computation of static characteristic of fuel supply system into unitary gas generator of 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. EDN: YSWOBN. (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. EDN: MTQJNB.Kalachevskiy B. A., Yakovlev A. B. Modelirovaniye protsessov, proiskhodyashchikh 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. EDN: MTQJNB. (In Russ.).Беляев Е. Н., Коломенцев А. И., Насименто Л. Б. [и др.]. 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. EDN: SBPCBR.Belyayev E. N., Kolomentsev A. I., Nasimento L. B. [et al.]. 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. EDN: SBPCBR. (In Russ.).Максимов А. Д., Чубенко Т. А., Зубанов В. М. Моделирование рабочего процесса центробежного насоса высокого давления ракетного двигателя // Молодежь. Техника. Космос: сб. тр. конф. Санкт-Петербург: Изд-во БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, 2018. С. 247–250. ISBN 978-5-907054-31-8.Maksimov A. D., Chubenko T. A., Zubanov V. M. Modelirovaniye rabochego protsessa tsentrobezhnogo nasosa vysokogo davleniya raketnogo dvigatelya [Simulation of the working process of a high-pressure centrifugal pump of a rocket engine] // Molodezh’. Tekhnika. Kosmos. Young people. Technic. Cosmos. Saint Petersburg, 2018. P. 247–250. ISBN 978-5-907054- 31-8. (In Russ.).Максимов А. Д., Чубенко Т. А., Зубанов В. М. Моделирование характеристик камеры жидкостного ракетного двигателя // XV Королевские чтения: сб. тр. конф. Самара, 2019. Т. 1. С. 285–286. EDN: IASLIC.Maksimov A. D., Chubenko T. A., Zubanov V. M. Modelirovaniye kharakteristik kamery zhidkostnogo raketnogo dvigatelya [Modeling the characteristics of a liquid rocket engine chamber] // XV Korolevskiye chteniya. XV Korolevskiye chteniya. Samara, 2019. Vol. 1. P. 285–286. EDN: IASLIC. (In Russ.).Виссарионова Е. К., Уразбахтин Ф. А. Анализ зависимости массового расхода топлива от диаметра форсунки и проектирование элемента конструкции быстрой замены форсунок для осуществления качественного распыла // Калашниковские чтения: материалы VI Всеросс. науч.-практ. конф. Ижевск, 2019. С. 65–71. EDN: UPSTIN.Vissarionova E. K., Urazbakhtin F. A. Analiz zavisimosti massovogo raskhoda topliva ot diametra forsunki i proyektirovaniye elementa konstruktsii bystroy zameny forsunok dlya osushchestvleniya kachestvennogo raspyla [Analysis of the dependence of mass fuel consumption on the nozzle diameter and design of a structural element for quick replacement of injectors for high-quality spraying] // Kalashnikovskiye chteniya: materialy VI Vseross. nauch.-prakt. konf. Kalashnikov Readings: materials of the VI All-Russian Scientific and Practical Conference. Izhevsk, 2019. P. 65–71. EDN: UPSTIN. (In Russ.).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.)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.)

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