Механический демпфер колебаний жидкого топлива

Ракеты с ЖРД, при всех своих достоинствах, могут быть подвержены воздействию колебаний горючего или окислителя в топливном баке. Это может привести к потере устойчивости, чреватой весьма серьёзными последствиями.


Чтобы избавить изделия от этого недостатка, сотрудники отдела динамики НИИ-88 (ЦНИИмаш) провели большую работу. В 1960 году были экспериментально определены коэффициенты демпфирования колебаний жидкости в «гладких баках», т.е. полостях разной формы без внутренних конструктивных элементов [1] .


Основываясь на полученных данных, авторы продолжили поиски способа «усмирения» волны. Было известно, что в США для гашения колебаний жидкого топлива применяются демпферы в виде набора кольцевых рёбер. Эксперименты, проведённые в отделе динамики НИИ-88, показали их недостаточную эффективность, и авторы предложили свой вариант гасителя в виде продольных радиальных рёбер. Демпфирующий эффект достигался за счёт интенсивного вихреобразования на кромках рёбер, приводящего к рассеянию энергии колебаний [2].


Результатом интенсивных экспериментальных работ стало появление первого отечественного демпфера колебаний жидкого топлива. Он представлял собой набор из 8 лёгких радиальных рёбер, закреплённых на стенке бака. Ширина ребра составляла 1/3 радиуса бака. Демпфер был установлен в одном из баков изделия, при пусках которого ранее были выявлены колебания корпуса на частоте жидкого топлива. Первые же лётные испытания ракеты-носителя с демпфером (апрель 1961 года) показали, что «жидкая проблема» практически решена.


Дальнейшие исследования были направлены на увеличение эффективности демпфера, то есть на увеличения коэффициента демпфирования при одновременном снижении веса рёбер. Выяснились новые возможности устройства. Оказалось, что снижение веса демпфера в результате уменьшения толщины рёбер даёт эффект дополнительного демпфирования за счёт гидродинамического взаимодействия совместных колебаний упругих элементов и жидкости. Эти работы проводились с участием к.т.н. И.М.Мельниковой Далее, при активном участии к.т.н. Г.А.Чурилова был обнаружен и использован ещё один эффект – увеличение демпфирования при размещении рёбер с определёнными зазорами относительно стенки бака [3].


Постепенно разработанные в ЦНИИмаш демпферы были установлены в баках многих ракет и космических аппаратов.

 

Николай Дорожкин, к.т.н., с.н.с.

 

 

Литература:

 

  1. Г.Н.Микишев, Н.Я.Дорожкин, «Экспериментальные исследования колебаний жидкости в сосудах», Известия АН СССР, ОТН «Механика и машиностроение», №4, 1961.
  2. Г.Н.Микишев, Н.Я.Дорожкин, «Экспериментальное определение гидродинамических коэффициентов для цилиндрической полости с радиальными рёбрами», «Известия АН СССР», МЖГ №1, 1967.
  3. Г.Н.Микишев, «Экспериментальные методы в динамике космических аппаратов», М.: Машиностроение, 1978.
  4. А.Д.Брусиловский, Б.И.Рабинович, «От баллистической ракеты Р-1 до космического комплекса Энергия-Буран». М.: ИКИ РАН, ООО ИД «Космос», 2009.
 

Г.Н.Микишев (1927-1998), доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ.


Первый демпфер НИИ-88 (ЦНИИмаш).



Аллегорическое представление всех факторов, мешающих устойчивости ракеты-носителя. Рисунок Н.Я.Дорожкина [4].

Справочная информация

 

 

Контактная информация

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш)

Россия, 141070, Московская область, г.Королёв, ул.Пионерская, д.4

т. (495) 513-59-51
ф. (495) 512-21-00

e-mail: corp@tsniimash.ru
© 2000-2017 ФГУП ЦНИИмаш
На печать Карта сайта На главную