ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО АНАЛОГА ЖИДКОСТИ В ВИДЕ ВКЛАДЫШЕЙ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ДВИЖЕНИЯ РАЗГОННОГО БЛОКА В РЕЖИМАХ ЗАКРУТКИ И СТАЦИОНАРНОГО ВРАЩЕНИЯ

© С.С.Гудков, Г.Г.Ефименко
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2015 г.

На пассивных участках полета разгонного блока с целью обес-печения теплового режима полезной нагрузки (космического аппарата) осуществляется его закрутка относительно продольной оси до определенной угловой скорости с последующим торможением перед включением маршевого двигателя. Как показали летные испытания, наличие жидкого топлива оказывает существенное влияние на динамические характеристики разгонных блоков.

Для учета влияния подвижности жидкости в топливных баках на движение разгонного блока в режиме вращения в Центральном научно-исследовательском институте машиностроения разработана математическая модель, в которой жидкость заменяется механическим аналогом в виде твердых осесимметричных вкладышей. Предполагается, что вкладыши способны вращаться, взаимодействуя друг с другом и со стенками бака через вязкое трение.

Для верификации математической модели и определения пара-метров вкладышей были проведены гидродинамические испытания с масштабными моделями топливных баков разгонного блока. Специ-ально изготовленный экспериментальный стенд позволяет воспроиз-водить угловые колебания подвижной части установки с моделью бака относительно продольной оси. В процессе испытаний фиксировались кинематические параметры движения и действующий на бак момент сил трения. Результаты проведенного эксперимента сравнивались с результатами математического моделирования движения подвижной части установки с моделью бака и механическим аналогом жидкости в виде вкладышей.

Согласование результатов математического и физического мо-делирования производилось программным способом на ЭВМ. При соответствующем выборе параметров механического аналога жидкости математическое моделирование позволяет с достаточно высокой точностью воспроизвести результаты испытаний, что показывает обоснованность использования предлагаемой модели жидкости.

Значения параметров механического аналога жидкого топлива для натурных баков рассчитываются по формулам, полученным исхо-дя из теории подобия и размерности с использованием эксперимен-тально обоснованных параметров вкладышей для моделей топливных баков.

Уравнения движения разгонного блока, составленные с учетом предложенного механического аналога жидкого топлива, используют-ся для исследования влияния подвижности жидкости и отработки ал-горитмов управления в режимах закрутки и стационарного вращения.