3. Експериментальне дослідження працездатності роздільних діафрагм для систем зберігання та подавання палива в паливних баках РРД

Автори: Шульга В. А., Підгайний А. І., Мудров Д. С.

Організація: ДП "КБ "Південне" ім. М. К. Янгеля", Дніпро, Україна; НТУ «Дніпровська політехніка»

Сторінка: Kosm. teh. Raket. vooruž. 2025, (1); 19-27

DOI: https://doi.org/10.33136/stma2025.01.019

Мова: Українська

Анотація: Подано результати комплексних досліджень працездатності роздільних діафрагм для систем зберігання та подавання палива в паливних баках РРД. Актуальність теми обумовлено необхідністюзабезпечення надійного розділення газової та рідинної фаз під часексплуатації виробів у змінних робочих умовах. З огляду на це особливу увагу приділено автономним стендовим випробуванням, які дають змогу оцінити основні експлуатаційні характеристики діафрагм до їх інтеграції у серійні вироби. Розглянуто процес формозміни сферичних діафрагм під дією зовнішнього навантаження, проведено аналітичний розрахунок початкового радіуса вивертання діафрагми та визначено критичні тиски, що викликають втрату стійкості. Розрахункові дані показали задовільну збіжність з експериментальними результатами, отриманими в ході випробувань. Описано методику проведення довідних випробувань, під час яких було випробувано п’ять варіантів діафрагм. З метою підвищення якості виробів реалізовано комплекс технологічних і конструктивних заходів: збільшення кількості переходів під час витягування з проміжним відпалом, зменшення товщини заготовки, збільшення нерозкочуваної полюсної зони. Доведено, що основним фактором, який впливає на бездефектне вивернення діафрагми, є зменшення кількості проходів обкатним роликом, що дає змогу уникнути надривів поверхневого шару металу. Результати випробувань діафрагм показали задовільні результати. Аналіз змін перепадів тиску на діафрагмах під час перекладання підтвердив відповідність отриманих значень вимогам технічного завдання. Зроблено висновок, що конструкція діафрагми, у якій враховано всі коригувальні заходи, забезпечує бездефектне вивертання за умови дотримання заданих характеристик перепаду тиску та рекомендована для подальших випробувань у складі штатних баків.

Ключові слова: Міцнісні характеристики, авіаційна та ракетно-космічна техніка, проєктні параметри, математичне моделювання, паливний бак, роздільна діафрагма, автономні стендові випробування, критичний тиск

Список використаної літератури:

1. Ballinger I. A., Lay W. D., Tam W. H. Review and History of PSI Elastomeric Diaphragm Tanks. 31st AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. 10–12 July 1995, San Diego, CA, USA. DOI:https://doi.org/10.2514/6.1995-2534.
2. Hartwig J. W. A detailed historical review of propellant management devices for low gravity propellant acquisition. 52nd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, 25–27 July 2016, Salt Lake City, USA. Reston: American Institute of Aeronautics and Astronautics. DOI:https://doi.org/10.2514/6.2016-4772.
3. Lenahen B., Gangadharan S., Desai M.A Computational and Experimental Analysis of Spacecraft Propellant Tanks Implemented with Flexible Diaphragms. Proceedings of the 54th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference. Boston, Massachusetts, USA: American Institute of Aeronautics and Astronautics. DOI:https://doi.org/10.2514/6.2013-1886.
4. Sabaghzadeh H., Shafaee M. Reversal modeling and optimal design of hyper-elastic diaphragm in space fuel tanks. SN Applied Sciences. 2021. Vol. 3, Article number:792.DOI: https://doi.org/10.1007/s42452-021-04785-0.
5. Conomos H. A., Alongi C. G., Moore J., Yager J., Goddard R., Salzler T., Fetes J., Burch K. Development of 10 inch Diameter Titanium Rolling Metal Diaphragm Tank for Green Propellant. AIAA Propellant Storage and Management II. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2017-4915.
6. Jøraholmen T., Korsvold S., Sandvold P., Luktvasslimo Ø., Snilsberg K. E. Roadmap towards a qualifi ed aluminium green propellant diaphragm tank. Aerospace Europe Conference 2023 – 10ᵀᴴ EUCASS – 9ᵀᴴ CEAS, 9–13 July 2023, Lausanne, Switzerland. Lausanne:EUCASS. DOI: https://doi.org/10.13009/EUCASS2023-093.
7. Shen Y. A computational analysis of reversal behaviors of a spacecraft propellant management device. International Conference Optoelectronic Information and Optical Engineering (OIOE 2024), 2024, Wuhan, China. Bellingham: SPIE, 2025. (Proceedings of SPIE; Vol. 13513). DOI: https://doi.org/10.1117/12.3045569.
8. Windisch M., Beck R. Numerical Simulation and Optimisation of a Hemisсherical Metallic Membrane Designed for Positive Expulsion of a Propellant Tank (for Replacement of Conventional PMD). Spacecraft Structures, Materials and Mechanical Testing: Proceedings of a European Conference, 4–6 November 1998, Braunschweig, Germany. Paris: European Space Agency (ESA), 1999. Vol. 428. P. 45. ISBN 9290927127.
9. Мудров Д. С., Зіль В. В. Дослідження напружено-деформованого стану витискних діафрагм. Геотехнічна механіка: зб. наук. праць. / Ін-т геотехн. мех. ім. М.С. Полякова НАН України. Дніпро, 2016. Вип. 131. С. 173–182.
10. Можаровський М. С. Теорія пружності, пластичності і повзучості: підруч ник / М. С. Можаровський. К. : Вища школа, 2002. 308 с.
11. Libai A., Simmonds J.G. The Nonlinear Theory of Elastic Shells. 2nd ed. Cambridge:Cambridge University Press, 1998. 564 p. ISBN 978-0-521-01976-7.

Повний текст (PDF) || Зміст 2025 (1)

Завантажень статті: 38

Переглядів анотації:

426

Динаміка завантажень статті

Динаміка переглядів анотації

Географія завантаженнь статті

Країна	Місто	Кількість завантажень
США	Клівленд; Чикаго; Фінікс; Фінікс; Фінікс; Фінікс; Фінікс; Ашберн; Ашберн; Маунтін-В'ю; Сан-Матео; Сан-Матео; Сан-Матео; Сан-Матео; Ашберн; Помпано-Біч; Приозерний; Приозерний	18
Україна	Київ; Київ; Київ; Київ; Київ; Кременчук	6
Сінгапур	Сінгапур; Сінгапур; Сінгапур	3
Бразилія	Брасополіс; Монте Мор; Ріо Кларо	3
Німеччина	Фалькенштайн; Фалькенштайн	2
Греція	Салоніки	1
Індія	Насік	1
Китай	Пекін	1
Unknown		1
Нідерланди	Зволле	1
Бангладеш		1