Теоретическая оценка времени захолаживания бака жидкого водорода при испытании на прочность

В России продолжаются работы по созданию ракетно-космических транспортных средств на базе криогенных компонентов топлива (жидких водорода, кислорода и метана). При этом важное значение приобретают вопросы отработки температурной прочности топливных баков. При прочностных испытаниях имитируются эксплуатационные температуры испытуемого объекта, так как температурное состояние влияет на прочность и жесткость конструкции. Исходя из этого при экспериментальной наземной отработке водородных баков их необходимо захолаживать до температуры кипения водорода (20 К). В АО «ЦНИИМаш» ведутся работы по созданию гелиевой системы, способной захолодить крупногабаритные конструкции до температуры 20 К. Так как температура кипения гелия (4 К) ниже температуры кипения водорода, его можно использовать в газообразном состоянии для захолаживания конструкции. До настоящего времени охлаждение баков происходило только заливкой жидкого азота, поэтому моделирование их температурного состояния при испытаниях проведено только для этого случая. Выполнена оценка времени охлаждения до 20 К крупногабаритных емкостей с помощью газообразного гелия на примере захолаживания водородного бака, по своим размерам характерного для второй ступени перспективной ракеты-носителя среднего класса, с целью определения целесообразности применения подобного метода захолаживания.

Литература

[1] Паничкин Н.Г., ред. ЦНИИмаш. Центр исследований прочности. История развития. Королев, ЦНИИмаш, 2001. 342 с.

[2] Васюкова Д.А., Колозезный А.Э., Юранев О.А. Использование криогенной гелиевой системы для имитации эксплуатационных температур при испытаниях на прочность баков жидкого водорода перспективных средств выведения. Космонавтика и ракетостроение, 2012, № 2, с. 179–186.

[3] Васюкова Д.А., Колозезный А.Э., Юранев О.А. Эффективный подход к проведению зачетных прочностных испытаний криогенных баков перспективных средств выведения. Авиакосмическая техника и технология, 2013, № 1, с. 23–25.

[4] Васюкова Д.А., Колозезный А.Э., Юранев О.А. Квалификация способов расчета захолаживания крупногабаритной испытательной сборки «криогенного» топливного бака РКН при свободной конвекции газообразного хладагента. Полет, 2015, № 7, с. 18–24.

[5] Юранев О.А. Исследования различных способов захолаживания криогенных топливных баков изделий ракетно-космической техники. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2018, № 3, с. 50–57, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2018-3-50-57

[6] Горбачев С.П., Попов В.П., Славин М.В. Определение времени захолаживания криогенного бака. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2006, № 5, с. 43–53.

[7] Александров А.А., Бармин И.В., Денисова К.И. и др. Инновационная модель применения жидкого азота для охлаждения ракетного топлива в емкостях заправочных систем наземных комплексов. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2017, № 3, с. 4–17, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2017-3-4-17

[8] 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: научное издание, 2014, № 3, URL: http://engineering-science.ru/doc/699941.html

[9] Горбачев С.П., Кириенко К.И. Моделирование режимов заправки криогенного емкостного оборудования. Вести газовой науки, 2015, № 1, с. 124–132.

[10] Александров А.А., Бармин И.В., Кунис И.Д. и др. Особенности создания и развития криогенных систем ракетно-космических стартовых комплексов «Союз». Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2016, № 2, с. 7–27, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2016-2-7-27

[11] Сафонов В.С. Обоснование режимных параметров технологических трубопроводов комплексов СПГ с учетом требований промышленной безопасности. Вести газовой науки, 2017, № 1, с. 83–99.

[12] Бермант А.Ф. Краткий курс математического анализа. Москва, Наука, 1965. 664 с.

[13] Мартыненко О.Г., Соковишин Ю.А. Свободно-конвективный теплообмен. Минск, Наука и техника, 1982. 399 с.

[14] Деккер К., Вервер Я. Устойчивость методов Рунге-Кутты для жестких нелинейных дифференциальных уравнений. Москва, Мир, 1988. 332 с.

[15] Сычев В.В., Вассерман А.А., Козлов А.Д. и др. Термодинамические свойства гелия. Москва, Изд-во стандартов, 1984. 320 с.