5. Особливості експериментального відпрацювання процесу осідання компонентів палива в баках космічних ступенів ракет

Анотація: Під час виконання завдань виведення космічних апаратів на орбіту виникає потреба у багаторазовому увімкненні маршового двигуна, і, як наслідок, можливі тривалі паузи між увімкненнями. Оскільки паливо у паузах між увімкненнями маршового двигуна перебуває в умовах практично повної відсутності гравітації і може вільно переміщатися по всьому баку, набираючи практично будь-якого просторового положення, то для забезпечення гарантованого запуску маршового двигуна виникає потреба перемістити паливо у передстартове положення. Переміщення його до витратних магістралей проводять шляхом створення поздовжнього прискорення, що здійснюється за допомогою інерційних засобів забезпечення суцільності (двигунів малої тяги). Час повного переміщення рідини з одного положення в інше є найважливішим параметром, що впливає на кількість палива в баках і відповідно на енергетичні характеристики ступеня. Теоретичні розрахунки гідродинамічних процесів пов’язані зі значними математичними труднощами, викликаними складністю розв’язання гідродинамічних задач з визначення руху рідини з вільною поверхнею з урахуванням поверхневого натягу рідини і більшості інших геометричних, кінематичних і динамічних факторів. Тому найдостовірніші дані для розв’язання цих задач у цей час одержують лише на модельних гідродинамічних стендах, на яких можна змоделювати поведінку рідини в баках в умовах змінної гравітації. Наведено методику розрахування повного часу, необхідного для осаджування компонентів палива під час польоту апогейного ступеня ракети, яку розробили автори, а також методику вибору параметрів (масштабу, часу і прискорення) моделювання для забезпечення експериментального відпрацювання в умовах обмеженої стендової бази. Використання запропонованої методики дозволяє на початковому етапі розроблення ракети-носія визначити повний час, необхідний для проведення осаджування з достатньою точністю, і тим самим оптимізувати масу палива, необхідного для роботи інерційної системи забезпечення суцільності, що, у свою чергу, дозволить збільшити масу корисного вантажу, який виводять.