Перспективы применения осевихревой ступени в турбонасосах жидкостных ракетных двигателей

Авиационная и ракетно-космическая техника

К 100-летию Б.В. Овсянникова


DOI: 10.34759/vst-2021-3-17-23

Авторы

Анкудинов А. А.*, Ващенко А. В.**

Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана, ул. Баженова, 2, Калуга, 248000, Россия

*e-mail: ankudinov051@yandex.ru
**e-mail: nastya.vashenko.97@mail.ru

Аннотация

Повышение всасывающей способности высокобортных лопаточных насосов является актуальной задачей в развитии современных питательных систем жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). В свете новых задач по созданию ЖРД многократного использования на передний план выходят проблемы снижения пульсаций давления, вибрации и динамических нагрузок, действующих на элементы проточной части насоса, а также уменьшение повреждений, которые вызваны кавитационной эрозией. Насосы при увеличении кавитационного качества могут работать при большей частоте вращения, а при заданной частоте вращения – с меньшими кавитационными запасами, то есть при пониженном давлении на входе. Для повышения антикавитационных качеств насосов обычно применяется предвключенный шнек. В данном случае в качестве предвключенного устройства рассматривается осевихревая ступень (ОВС), которая, как показывают эксперименты, может увеличить допустимый кавитационный запас по срыву, улучшить условия регулирования насоса, а также снизить пульсации давления и кавитационный износ.

Ключевые слова:

предвключенный шнек, осевихревая ступень, шнекоцентробежный насос, кавитационный запас, пульсации давления

Библиографический список

  1. Тимушев С.Ф., Федосеев С.Ю. Определение коэффициента начальной кавитации в центробежном насосе методом вычислительного эксперимента // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19. № 2. С. 89-93.

  2. Федосеев С.Ю., Тимушев С.Ф., Кузнецов А.В., Панаиотти С.С. Расчет критических кавитационных запасов центробежных насосов // Труды МАИ. 2013. № 71. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=46684

  3. Timoushev S.F., Panaiotti S.S., Knyazev V.A., Soldatov V.A. Validation of Numerical Procedure for Assessment of Centrifugal Pump Cavitation Erosion // 25th International Pump Users Symposium (23-26 February 2009; Houston, Texas, USA), pp. 39-48. DOI: 10.21423/R1J957

  4. Brennen C.E. Hydrodynamic of Pumps. – England: Cambridge University Press，2011. – 304 p.

  5. Goirand B., Mertz A.L., Joussellin F., Rebattet C. Experimental Investigations of Radial Loads Induced by Partial Cavitation with the LH2 Vulcain inducer // 3rd International Conference on Cavitation (9-12 December 1992; Cambridge, England).

  6. Тимушев С.Ф., Федосеев С.Ю. Методика численного моделирования вибрации осевого бустерного насоса жидкостного ракетного двигателя // Труды МАИ. 2015. № 83. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=62080

  7. Ankudinov A., Klimenko D., Timushev S., Regeda A. Study of an inducer and axial vortex stage // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 779: 012026. DOI: 10.1088/1757-899X/779/1/012026

  8. Ryan R.S., Gross L.A. Mills D., Mitchell P. The Space Shuttle Main Engine Liquid Oxygen Pump High-Synchronous Vibration Issue, the Problem, the Resolution Approach, the Solution // 30th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference (27-29 June 1994; Indianapolis, IN, USA). AIAA-94-3153. DOI: 10.2514/6.1994-3153

  9. Akira O., Shogo W., Hiroshi T. et al. Development of Cryogenic Turbopumps for the LE-7A Engine // IHI Engineering Review. 2004. Vol. 37. No. 1, pp. 9-13.

  10. Zoladz T.F. Observations On Rotating Cavitation and Cavitation Surge From the Development of the Fastrac Engine Turbopump // 36th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference (24-28 July 2000; Las Vegas, NV, USA). AIAA 2000-3403. DOI: 10.2514/6.2000-3403

  11. Hengli L, Zuoyi C. Characteristic Analysis of Flow-Induced Vibrations on Inducer of Oxygen Pump // Journal of Propulsion and Power. 2002. Vol. 18. No. 2, pp. 289-294. DOI: 10.2514/2.5933

  12. Brennen C., Acosta A.J. The Dynamic Transfer Function for a Cavitating Inducer // Journal of Fluids Engineering. 1976. Vol. 98. No. 2, pp. 182-191. DOI: 10.1115/1.3448255

  13. Semenov Y.A., Fujii A., Tsujimoto Y. Rotating Choke in Cavitating Turbopump Inducer // Journal of Fluids Engineering. 2004. Vol. 126. No. 1, pp. 87-93. DOI: 10.1115/1.1637926

  14. Rapposelli E., Cervone A., d’Agostino L. A New Cavitating Pump Rotordynamic Test Facility // 38th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference (07-10 July 2002; Indianapolis, Indiana). AIAA 2002-4285. DOI: 10.2514/6.2002-4285

  15. Shimura T., Yoshida M., Kamijo K. et al. A Rotating Stall Type Phenomenon Caused by Cavitation in LE-7A LH2 Turbopump // JSME International Journal Series B Fluids and Thermal Engineering. 2002. Vol. 45. No. 1, pp. 41-46. DOI: 10.1299/jsmeb.45.41

  16. Овсянников Б.В., Боровский Б.И. Теория и расчет агрегатов питания ЖРД. – М.: Машиностроение, 1979. – 343 с.

  17. Анкудинов А.А. Расчет и проектирование предвключенной осевихревой ступени центробежного насоса: Учебное пособие. – 2-е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 64 с.

  18. Зотов Б.Н., Анкудинов А.А. Осевихревой насос: Патент РФ 2014509. Бюл. № 11, 15.06.1994.

  19. Анкудинов А.А., Куфтов А.Ф. Энергетические характеристики осевихревого насоса // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 1989. № 2. С. 52-56.

  20. Timushev S., Klimenko D., Kazenov I., Jiawen L. Unsteady flow and pressure pulsations in a model axial-vortex stage inducer // Jourmal of Propulsion Technology. 2019. Vol. 40. No. 7, p. 1460. DOI: 10.13675/j.cnki.tjjs.180584

  21. Анкудинов А.А., Панаиотти С.С., Тимушев С.Ф. Предвключенное устройство со сверхвысокой всасывающей способностью и низким уровнем низкочастотных пульсаций давления и расхода // Инженерный вестник. 2015. № 9. С. 4.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024