Шляхи вирішення проблеми наддування баків з перекисом водню продуктами його розкладання
DOI:
https://doi.org/10.15407/knit2021.05.003Ключові слова:
висококонцентрований перекис водню, високотемпературне робоче тіло, конденсація парів, продукти розкладання, система наддування, тиск насичених парівАнотація
Мета. Знаходження та обґрунтування способу використання високотемпературного робочого тіла (~1100К) з великим вмістом водяного пару (до 70 %) буз втрат робочого тіла наддування для паливного бако великого подовження з висококонцентрованім перекисом водню. Методика. Використовувався метод математичного моделювання параметрів системи наддування з використанням теорії масопереносу і термодинаміки тіл змінної маси. Результати. Проведені дослідження дозволили знайти і обґрунтувати спосіб наддування баку з використанням додаткових джерел тепла і виробити рекомендації щодо часу їх використання. Наукова новизна. Визначені основні процеси, які заважають впровадженню високоефективного способу наддування бака з висококонцентрованим перекисом водню продуктами її розкладання. В першу чергу, це об’ємна конденсація водяного пару в баку після виконання термодинамічної роботи витискання палива і теплообмінних процесів з граничними поверхнями. Вперше розрахунково-теоретичним шляхом доведена доцільність і раціональність використання додаткових джерел тепла на прикладі високотемпературних продуктів згоряння твердопаливного газогенератора на основі азиду натрію. Обґрунтовано час використання цього тепла – перші 30 секунд роботи двигунної установки в умовах роботи першого ступеня ракети-носія. Практична значимість. Базова методика розрахунку параметрів систем наддування доповнена термодинамічним співвідношенням, яке дозволяє розрахувати величину об’ємної конденсації і прийняти певні міри для її усунення. В результаті проведених досліджень отримані результати дозволяють спроектувати систему наддування бака великого подовження з висококонцентрованим перекисом водню продуктами її розкладання.Посилання
Andriievskyi M., Mitikov Y., Shamrovskyi D. (2017). Organization peculiarities of combustion chamber cooling of the rocket engine which runs on hydrogen peroxide. Aviatsionno-kosmicheskaya tehnika i tehnologiya, No. 5, 60—64 [in Russian].
A. s. 190290 SSSR, MKI F02k 11/00, B64D 37/24. Device for pressurizing the tank with hot gas. Yu. A. Mitikov, V. A. Moseiko, L. A. Ostashev. No. 2216292/23; declared 03.09.83; opubl. 09.05.83 [in Russian].
Belyaev N. M. (1976). Pressurization systems of the rockets’ tanks. Moscow: Mashinostroenie, 336 p. [in Russian].
Degtyarev A. V., Kushnarev A. P., Popov D. A. (2014). Small space launch vehicle. Kosmicheskaya tehnika. Raketnoe vooruzhenie, No. 1, 14—20 [in Russian].
de Selding P. B. (2016). SSTL Developing Non-toxic Thruster ahead of Possible European Hydrazine. Spacenews.
Hermsen R., Zandbergen B. Pressurization system for a cryogenic propellant tank in a pressure-fed high-altitude rocket. 7th Еuropean conference for aeronautics and aerospace sciences (EUCASS).
Jiachao Li, Guozhu Liang. (2019). Simulation of mass and heat transfer in liquid hydrogen tank during pressurization. Beijing: Beihang University, School of Asronautic.
Kim K. H., Ko H. J., Kim K., Jung, Y. S., Oh, S. H., Cho, K. J. (2012). Transient thermal analysis of a cryogenic oxidizer tank in the liquid rocket propulsion system during the prelaunch helium gas pressurization. J. Eng. Thermophys., No. 21(1), 1—15.
https://doi.org/10.1134/S1810232812010018
Manning T. A., Lawrence S. L. (2017). Fragment Acceleration Modeling for Pressurized Tank Burst. California: NASA Ames Research Center, Moffett Field.
https://doi.org/10.2514/1.A33765
Mitikov Y. (2015). Mathematical modeling of super cold pressurization system parameters for tank with kerosene. Aviatsionno-kosmicheskaya tehnika i tehnologiya, No. 5, 42—46 [in Russian].
Mitikov Y., Andriievskyi M. (2013). Modeling of the parameters of the oxygen pressurization system of a tank with kerosene. Aviatsionno-kosmicheskaya tehnika i tehnologiya, No. 1, 84—89 [in Russian].
Mitikov Yu. A., Antonov V. A., Voloshin M. L., Logvinenko A. I. (2012). Ways of the reliability and safety of missile systems operation improvement. Aviatsionno-kosmicheskaya tehnika i tehnologiya, No. 3(90), 30—36 [in Russian].
Patent of Ukraine No. 121267. IPC B64D 37/18, F02k 9/50. Mitikov Yu. O., Andrievsky M. V. How to pressurize the tank with storable oxidizer. No. a201806567 from 11.06.2018, opubl. 27.04.2020, Bul. 8.
Smirnov L. A., Silin V. S. (1993). Gunpowder, mixed solid fuels, pyrotechnic products and explosives for peaceful purposes. Ed. V. A. Zheltova. Moscow: TsNIINTIKP.
Ventura M., Mullens P. (1999). The Use of Hydrogen Peroxide for Propulsion and Power. AIAA. 2880.
https://doi.org/10.2514/6.1999-2880
Voit S. N., Serbin V. V., Mitikov Yu. A., Prisyazhny V. I., et al. (2018). History and commercialization of aerospace industry. Dnepr. Dominanta print, 88 p. [in Russian].
Wang L., Li Y., Li C., Zhao Z. (2013). CFD investigation of thermal and pressurization performance in LH2 tank during discharge. Cryogenics, No. 57, 63—73.
