21. Оптимізація геометричної форми проточної частини роздільного клапана

Анотація: Одним з основних проектних параметрів агрегатів автоматики пневмогідравлічних систем ракет-носіїв є коефіцієнт гідравлічного опору, який являє собою коефіцієнт пропорційності між перепадом тисків на агрегатах автоматики і швидкісним напором. Коефіцієнт гідравлічного опору повністю відкритого агрегату автоматики повинен мати гранично мале значення за необхідних габаритів і маси. У разі зменшення втрат тиску необхідний тиск на вході в рушійну установку забезпечується меншим тиском наддування бака. Це викликає зменшення необхідного об’єму газу для наддування, що сприяє підвищенню енергетичних характеристик ракети-носія загалом. У цій роботі описано спосіб зменшення коефіцієнта гідравлічного опору роздільного клапана через оптимізацію геометричної форми проточної частини. Розглянуто вирішення завдання мінімізації коефіцієнта гідравлічного опору клапана за заданих обмежень щодо маси й габаритів конструкції. Базовий варіант клапана розроблено з урахуванням заданих вимог, рекомендацій літератури та характеристик вузлів-аналогів. Для вирішення завдання оптимізації було розглянуто варіанти конструкції клапана, що відрізняються від базового конфігурацією вхідних і вихідних патрубків, а саме різними розмірами кутів, що утворюють профіль потоку, і довжинами прямоструминних ділянок. Проведено розрахунки чотирьох варіантів конструкції клапана чисельними методами за допомогою програмного забезпечення ANSYS CFX. Використано рівняння Нав’є – Стокса і модель турбулентності k-ω SST. За результатами розрахунків вибрано оптимальний варіант конструкції. Порівняно базовий варіант конструкції з оптимальним. Коефіцієнт гідравлічного опору оптимального варіанта клапана зменшився на 26% у порівнянні з базовим з незначною зміною маси та габаритних розмірів. Конструкцію розробленого роздільного клапана може бути використано під час проектування нових ракет-носіїв.