Вимушені Коливання Паливних Баків При Різних Умовах Експлуатації

Abstract

УДК 539.3 М.Л. МИРОНЕНКО Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України Харківський національний університет міського господарства ім. О.М. Бекетова ВИМУШЕНІ КОЛИВАННЯ ПАЛИВНИХ БАКІВ ПРИ РІЗНИХ УМОВАХ ЕКСПЛУАТАЦІЇ Дослідження коливань рідини у паливних баках космічних апаратів є необхідним для забезпечення їх стійкості під час польоту. Рідинні ракети-носії мають на борту значні запаси рідких компонентів. В паливних баках та баках окисників виникають коливання вільної поверхні рідини, на характер яких впливають також і зовнішні чинники, такі як гравітація, рівень заповнення баків, їх форма тощо. Виникає необхідність визначення форм та частот коливань вільної поверхні рідини для забезпечення стійкого стану літального апарату під час польоту. Для вирішення цієї задачі застосовано методи математичного моделювання. Розглянуто дослідження задачі малих коливань у резервуарах, частково заповнених рідиною, що стосуються космічної галузі. Також розглянуті роботи вітчизняних та закордонних авторів щодо розв'язання задач коливань рідини в нелінійній постановці. У даній роботі проведено аналіз форм та частот коливань рідини в умовах перевантаження при різних рівнях заповнення. Виконано дослідження малих коливань (лінійне формулювання). Прийнято, що рідина є нестисливою та однорідною, а її рух безвихровий. Існує потенціал швидкості руху, що задовольняє рівнянню Лапласа. Виконуються кінематична та динамічна граничні умови на вільній поверхні. Для врахування впливу низької гравітації виконано узагальнення граничних умов. В динамічній умові на вільній поверхні враховано поверхневий натяг, що моє визначальне значення в умовах мікрогравітації. Отримано співвідношення, що має виконуватись на вільній поверхні. Отримане рівняння дозволяє проводити дослідження вимушених коливань жорсткої оболонки обертання, що частково заповнена рідиною. Отримано числові результати для циліндричної оболонки обертання. Прийняті нульові початкові умови. Виконані розрахунки при різних рівнях заповнення для циліндричної оболонки. Отримані найнижчі частоти коливань. Також досліджені коливання рідини, що знаходиться під дією вертикального навантаження. Отримані фазові портрети для різних значень частот вертикальної сили збудження. Отримані результати дозволяють дослідити амплітуди коливань вільної поверхні. Ключові слова: вимушені коливання, оболонка обертання, вільна поверхня рідини, поверхневий натяг, методи скінченних та граничних елементів.