Оптимизация энергетических параметров малорасходных центробежных насосов ракетно-космического назначения

Язык труда и переводы:
УДК:
62-251-762.89:532.5.013.12
Дата публикации:
12 декабря 2022, 17:50
Категория:
Секция 03. Основоположники аэрокосмического двигателестроения и проблемы теории и конструкций двигателей летательных аппаратов
Авторы
Васильева Дарья Александровна
СибГУ им. М.Ф. Решетнева
Черненко Валентина Викторовна
СибГУ им. М.Ф. Решетнева
Аннотация:
Разработана математическая модель для проектирования и расчета насосного агрегата, для оптимизации КПД и напора, учитывающая общую компоновку и влияние каждого отдельного конструктивного элемента на работоспособность насоса в целом. Повышение точности проектирования новых конструкций малорасходных центробежных насосов увеличит энергетические показатели, поэтому данная постановка вопроса имеет большое значение в ракетно-космической отрасли. Сделан вывод, что при использовании новых, более точных методик, созданных на базе программных продуктов, позволит минимизировать и провести оптимизацию значимых характеристик, а также снизить уровень потребления энергии от источников питания.
Ключевые слова:
оптимизация энергии, малорасходные центробежные насосы, напор, рабочее колесо
Основной текст труда

Достижение высоких энергетических характеристик центробежного лопаточного нагнетателя во многом определяется совершенством преобразования энергии в межлопаточном канале рабочего колеса. Результаты исследований и рекомендации по проектированию изложены во многих классических и относительно современных работах. Теплоэнергетические и двигательные установки летательного аппарата — основной динамический элемент, использующий в рабочем цикле тепло-, массо- и энергообменные процессы, и, в основном, определяющие эксплуатационные характеристики. Для обеспечения потока рабочего тела главным образом применяются центробежные насосные агрегаты, имеющие высокие энергетические характеристики при относительно малой массе и габаритах.

Центробежным называют один из видов лопастных динамических насосов, способных обеспечить непрерывный поток перекачиваемой среды благодаря вращению ротора, оснащенного лопастями. Перенос потока происходит за счет возникающей в рабочей камере центробежной силе. Направляется он перпендикулярно оси вращения (в радиальном направлении). В системе двигательной установки летательного аппарата — это насосы системы подачи топлива в камеру сгорания с приводом от турбодвигателя, как в случае жидкостных ракетных ступеней, так и с электроприводом для авиационных и космических систем. В гидравлических системах приводов исполнительных элементов систем управления вектором тяги и механизации центробежные насосы являются источником мощности [1, 2].

Малорасходные центробежные насосы благодаря наилучшему сочетанию энергоресурсов, малогабаритности и ресурсных характеристик являются одним из ведущих современных гидравлических систем ракетно-космической техники. Широкое распространение приводит к необходимости создания методов для повышения оптимизации параметров энергии.

Основной целью данного исследования является применение метода проектирования малорасходных центробежных насосовракетно-космического назначения на основе математической модели параметров энергии насоса, полученной благодаря теоретическому анализу и корреляционно-регрессионного способу обработки информации. Расчет оптимизации энергии с использованием математической модели, позволяет обработать значительные объемы исходных данных, которыми являются результаты измерения работы насоса во всем диапазоне эксплуатации.

Для достижения указанной цели производится анализ существующих методов изменения геометрии рабочих колес для улучшения энергетических показателей центробежных малорасходных насосов. Гидродинамическое обоснование выбора определенных функций и переменных, являющихся объединяющими факторами анализа параметров энергии малорасходных центробежных насосов [3].

Рассматриваются существующие испытания малогабаритных центробежных насосов в широком диапазоне изменения параметров (геометрических и режимных). Разработан план статистического анализа параметров гидравлических испытаний малорасходных центробежных насосов. Составлены рекомендации по выбору оптимальных геометрических соотношений проточной части рабочего колеса с целью получения максимальных значений параметров энергии [3, 4].

Составляемая методика расчета энергетических параметров малорасходного насоса разрабатываться на основе численных методов моделирования процессов, используя проведенные исследования гидродинамики рабочего процесса насоса. Для физико-математической постановки задачи расчета используется система исходных уравнений, определяющих функциональные зависимости напора и КПД от исследуемых геометрических и режимных факторов. Для решения этой задачи разрабатывается математическая модель по проектированию и расчету малорасходного центробежного насоса, а также оптимизации его КПД и напора, учитывающая общую компоновку и влияние каждого отдельного конструктивного элемента на работоспособность насоса в целом [5].

Планируется проведение расчетной и экспериментальной визуализации. Результатами станет достижение целей оптимизации, выражающееся в приросте коэффициента напора и в увеличении КПД, разработка алгоритмов получения оптимизированных моделей, а также перспектив их дальнейшего совершенствования.

Использование новых, более точных методик, созданных на базе программных продуктов, значительно упростит процесс проектирования и создания современных центробежных насосов. Как итог — существует возможность минимизировать и провести оптимизацию значимых характеристик, а также снизить уровень потребления энергии от источников питания.

Литература
  1. Назаров В.П., Черненко В.В., Черненко Д.В. Модель течения в рабочем колесе центробежного насоса. Сибирский аэрокосмический журнал, 2021, т. 22, № 3, с. 494–503. DOI: https://doi.org/10.31772/2712-8970-2021-22-3-494-503
  2. Краев М.В., Лукин В.А., Овсянников Б.В. Малорасходные насосы авиационных и космических систем. Москва, Машиностроение, 1985, 128 с.
  3. Елин В.И., Солдатов К.Н., Соколовский С.М. Насосы и компрессоры. Москва, Наука, 1958, 317 с.
  4. Каталажнова И.Н. Моделирование и оптимизация энергетических параметров малоразмерных центробежных насосов авиакосмического назначения. Дис. ... канд. техн. наук. Комсомольск-на-Амуре, 2005, 187 с.
  5. Краева Е.М., Фшоненко А.А. Расчет и оптимизация энергетических характеристик насосных агрегатов ЖРД. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева, 2006, № 2–1 (10), с. 213–217.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.