Оценка времени захолаживания криогенного бака азотной парожидкостной смесью

В мировой космонавтике наблюдаются тенденции к использованию метана в качестве топлива первых ступеней ракет-носителей. В России подобные работы проводятся для перспективной ракеты-носителя «Амур-СПГ». При этом для испытаний на прочность топливных баков метан как пожаровзрывоопасное вещество плохо подходит для использования в существующей экспериментальной базе отрасли. В связи с этим становится актуальной задача по разработке безопасной методики имитации температуры жидкого метана при испытаниях на прочность метанового бака. Предложено захолаживать такой бак азотной парожидкостной смесью. Выполнена оценка времени захолаживания криогенного бака азотной парожидкостной смесью по указанной методике на основе решения задачи его теплового состояния методом изотермических узлов. Этот подход можно использовать и для кислородных баков.

Литература

[1] Nilsen C., Meriam S., Meyer S. Purdue liquid oxygen — liquid methane sounding rocket. AIAA Scitech Forum, 2019, doi: https://doi.org/10.2514/6.2019-0614

[2] Percy T., Polsgrove T., Alexander L. et al. Design and development of a methane cryogenic propulsion stage for human mars exploration. AIAA SPACE, 2016, doi: https://doi.org/10.2514/6.2016-5492

[3] Безотказная, как автомат Калашникова: метановая ракета «Амур». roscosmos.ru: веб-сайт. URL: https://www.roscosmos.ru/29357/ (дата обращения: 15.02.2022).

[4] Калугин К.С., Сухов А.В. Особенности использования метана в качестве горючего для жидкостных ракетных двигателей. Вестник МАИ, 2018, т. 25, № 4, с. 120–132.

[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] 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.

[7] 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.

[8] 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.

[9] Кологов А.В., Усов Г.Л. Методика анализа процессов захолаживания системы питания жидкостного ракетного двигателя и заправки топливного бака. Вестник НПО Техномаш, 2018, № 4, с. 62–64.

[10] Воронов В.А., Карякина Е.Д., Ахмеров Э.В. Анализ технических решений в области транспорта и хранения сжиженного природного газа. Вестник международной академии холода, 2019, № 3, с. 15–22, doi: https://doi.org/10.17586/1606-4313-2019-18-3-15-22

[11] Галеев А.Г., Орлов В.А. Численное моделирование процесса заправки стендового бака жидким водородом. Полет, 2019, № 12, с. 54–62.

[12] Фирсов В.П., Галеев А.Г., Антюхов И.В. Экспериментальное исследование процессов захолаживания и запуска водородного жидкостного ракетного двигателя. Полет, 2020, № 2, с. 3–18.

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

[14] Борщев Н.О., Юранев О.А. Теоретическая оценка времени захолаживания бака жидкого водорода при испытании на прочность. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2021, № 12, с. 83–89, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2021-12-83-89

[15] Бермант А.Ф., Араманович И.Г. Краткий курс математического анализа. Москва, Наука, 1965. 736 с.

[16] Деккер К., Вервер Я. Устойчивость методов Рунге-Кутты для жестких нелинейных дифференциальных уравнений. Москва, Мир, 1988. 334 с.