Аналитическая модель эффективной технологии температурной подготовки ракетного топлива в емкостях заправочных систем наземных комплексов

Температурная подготовка ракетного топлива, предшествующая его заправке в топливные баки ракет-носителей, разгонных блоков и космических аппаратов, является одним из самых энергоемких и длительных процессов, происходящих на стартовых и технических комплексах космодромов. При проведении такой подготовки необходимо применять эффективные технологии и режимы охлаждения (нагрева) ракетного топлива. Для прогнозирования проектных и эксплуатационных характеристик систем температурной подготовки предпочтительнее использовать аналитические модели, позволяющие определять параметры процессов охлаждения (нагрева) топлива при конкретных условиях и требованиях к выполнению этой операции оборудованием наземных комплексов. Представлена аналитическая модель эффективной технологии температурной подготовки ракетного топлива в емкостях заправочных систем наземных комплексов, где его охлаждение (нагрев) осуществляется в теплообменнике при теплообмене в емкости с антифризом. Процесс охлаждения топлива основан на барботаже антифриза жидким азотом, а режим нагрева обеспечен электронагревательными элементами, размещенными в емкости с антифризом. Приведены расчетные зависимости и результаты моделирования температуры топлива в емкости заправочной системы, а также относительных затрат жидкого азота при выполнении операции охлаждения в сравнении с другими технологиями.

Литература

[1] Александров А.А., Гончаров Р.А., Игрицкий В.А., Чугунков В.В. Методика выбора рациональных режимов охлаждения углеводородного горючего стартовым оборудованием перед заправкой топливных баков ракеты-носителя. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2011, № 1, с. 40–46.

[2] Денисов О.Е., Золин А.В., Денисова К.И. Методика проектирования базы хранения и подготовки высококипящих компонентов ракетного топлива космодрома «Восточный». Наука и образование. МГТУ им Н.Э. Баумана, 2014, № 11. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/732218.html (дата обращения 20 декабря 2016).

[3] Александров А.А., Бармин И.В., Кунис И.Д., Чугунков В.В. Особенности создания и развития криогенных систем ракетно-космических стартовых комплексов «Союз». Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2016, № 2, с. 7–27.

[4] Кобызев С.В. Методика расчета коэффициентов массоотдачи при осушке углеводородного ракетного топлива. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011, № 11. URL: http://technomag.neicon.ru/doc/245147.html (дата обращения 20 декабря 2016).

[5] Кобызев С.В. Моделирование массообменных процессов при обезвоживании углеводородного ракетного горючего барботированием азотом. Актуальные проблемы российской космонавтики. Тр. XXХVI Академических чтений по космонавтике, Москва, Комиссия РАН, 2012, с. 356–357.

[6] Кобызев С.В. Методика поверочного расчета процесса осушки углеводородного горючего методом барботажа газообразным азотом. Актуальные проблемы российской космонавтики. Тр. XXХVII Академических чтений по космонавтике. Москва, Комиссия РАН, 2013, с. 385–386.

[7] Денисова К.И., Золин А.В., Павлов С.К., Чугунков В.В. Анализ вариантов охлаждения компонентов ракетного топлива в составе оборудования наземных комплексов с использованием жидкого азота. Сб. тез. XL Академических чтений по космонавтике, Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015, с. 238–239.

[8] Кобызев С.В., Золин А.В., Чугунков В.В. Построение рациональной схемы подготовки углеводородного горючего по температуре и влагосодержанию с использованием жидкого и газообразного азота на стартовом и техническом комплексах космодрома. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012, № 10. URL: http://technomag.neicon.ru/doc/486647.html (дата обращения 20 декабря 2016).

[9] Комлев Д.Е., Соловьев В.И. Охлаждение нафтила методом криогенного барботажа. Новости техники: сб., Москва, КБТМ, 2004, с. 137–141.

[10] Денисов О.Е., Золин А.В., Чугунков В.В. Методика моделирования охлаждения компонентов ракетного топлива с применением жидкого азота и промежуточного теплоносителя. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, № 3, с. 145–161. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/699941.html (дата обращения 21 декабря 2016).

[11] Золин А.В., Чугунков В.В. Моделирование процессов температурной подготовки ракетного горючего в системе заправки стартового комплекса. Аэрокосмический научный журнал, 2015, № 6. URL: http://aerospjournal.ru/doc/826690.html (дата обращения 21 декабря 2016).

[12] Wen D.S., Chen H.S., Ding Y.L., Dearman P. Liquid nitrogen injection into water: Pressure build-up and heat transfer. Cryogenics, 2006, vol. 46, no. 10, рр. 740–748.

[13] Домашенко А.М., Блинова И.Д. Исследования тепломассообмена при сбросе криогенных продуктов в воду. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2007, № 12, с. 17–19.

[14] Накоряков В.Е., Цой А.Н., Мезенцев И.В., Мелешкин А.В. Вскипание струи жидкого азота, инжектированного в воду. Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии, 2013, № 1(12), с. 260–264.

[15] Накоряков В.Е., Цой А.Н., Мезенцев И.В., Мелешкин А.В. Экспериментальные исследования процесса инжекции жидкого азота в воду. Теплофизика и аэромеханика, 2014, № 3, с. 293–298.

[16] Павлов С.К., Чугунков В.В. Математическая модель процесса температурной подготовки компонентов жидкого ракетного топлива с использованием теплообменника и теплоносителя, охлаждаемого жидким азотом. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, № 12, с. 128–136. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/744330.html (дата обращения 21 декабря 2016).

[17] Павлов С.К., Чугунков В.В. Повышение эффективности системы охлаждения ракетного топлива с использованием теплообменника и антифриза, охлаждаемого жидким азотом. Инженерный журнал: наука и инновации, 2016, вып. 1(49). URL: http://engjournal.ru/catalog/arse/teje/1461.html (дата обращения 21 декабря 2016).