Инженерный журнал: наука и инновации
# 1·2017 1
УДК 621.431.37; 621.454.2 DOI 10.18698/2308-6033-2017-01-1576
Экспериментальное исследование
гидродинамических процессов в топливных баках
с капиллярными системами отбора жидкости
© А.В. Новиков, А.В. Сухов, Е.А. Андреев
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Представлена методика и описано экспериментальное оборудование маятникого
стенда для исследования функционирования капиллярных разделителей фаз топ-
ливных баков жидкостных ракетных двигательных установок. Указано их отли-
чие от существующих установок, которое заключается в получении однозначных
начальных граничных условий в нелинейном диапазоне амплитуд плесканий жидко-
сти и их использовании в топливных баках сложной конфигурации. Рассмотрен
принцип работы маятникового стенда с установленным модельным баком жид-
кости, основанный на эффекте стабилизации зеркала жидкости в положении,
нормальном оси подвеса маятника, при его качании. Приведено описание систем
измерения и регистрации на основе первичных измерительных преобразователей
давления, перепада давления и видеорегистрации. Результаты исследований под-
тверждают использование экспериментальной установки и методику проведения
модельных исследований в процессе разработки внутрибаковых заборных устройств
перспективных жидкостных ракетных двигателей.
Ключевые слова:
жидкостный ракетный двигатель, капиллярные системы отбо-
ра жидкости, модельные испытания, невесомость
Введение.
Одной их задач, решаемых для комбинированного ле-
тательного аппарата жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), явля-
ется обеспечение многократного запуска. Проблема заключается
в сплошности жидкости — компонента топлива на входе в заборные
магистрали окислителя и горючего. Существуют несколько типов
устройств для разделения жидкой и газовой фаз [1] (мешки, сильфоны,
поршни), центробежные сепараторы, капиллярные системы отбора
жидкости. Последние в настоящее время широко распространены. Они
просты конструктивно и надежны в работе [2, 3]. Принцип действия
таких капиллярных систем основан на удержании жидкого топлива
перед заборной магистралью за счет сил поверхностного натяжения,
которые возникают в капиллярных каналах сетчатых стенок раздели-
телей фаз. Эффективность капиллярных систем отбора жидкости
определяется прежде всего капиллярной удерживающей способностью
капиллярных разделителей фаз. Капиллярная удерживающая способ-
ность — это максимальный перепад давления, который может воздей-
ствовать на сетчатые капиллярные разделители фаз без потери их рабо-
тоспособности. Удерживающая способность зависит от смачиваемости
материала разделителей компонентом топлива, от коэффициента по-
верхностного натяжения топлива, размеров капилляров (ячеек сетки).