ВЗАЄМОДІЯ АКУСТИЧНИХ КОЛИВАНЬ ПРОДУКТІВ ЗГОРЯННЯ В КАМЕРІ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ УСТАНОВКИ З ВІБРАЦИЯМИ КОРПУСУ
DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.01.028 The most critical operating conditions of propulsion system chambers are often due to the development of dynamic processes characterized by excess values of operational parameters. Pressure surges and a sharp increase in the local temperature of the combu...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
текст 3
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/92 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Technical Mechanics |
Institution
Technical Mechanics| id |
oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-92 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Technical Mechanics |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-11-04T12:05:52Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
твердопаливна енергетична установка стійкість робочого процесу камера згоряння динамічна взаємодія акустичних коливань та коливань корпусу установки. |
| spellingShingle |
твердопаливна енергетична установка стійкість робочого процесу камера згоряння динамічна взаємодія акустичних коливань та коливань корпусу установки. NIKOLAYEV, O. D. BASHLIY, I. D. KLYMENKO, D. V. KHORIAK, N. V. ВЗАЄМОДІЯ АКУСТИЧНИХ КОЛИВАНЬ ПРОДУКТІВ ЗГОРЯННЯ В КАМЕРІ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ УСТАНОВКИ З ВІБРАЦИЯМИ КОРПУСУ |
| topic_facet |
solid-propellant propulsion system operating process stability combustion chamber dynamic interaction of acoustic oscillations and structural vibrations. твердопаливна енергетична установка стійкість робочого процесу камера згоряння динамічна взаємодія акустичних коливань та коливань корпусу установки. |
| format |
Article |
| author |
NIKOLAYEV, O. D. BASHLIY, I. D. KLYMENKO, D. V. KHORIAK, N. V. |
| author_facet |
NIKOLAYEV, O. D. BASHLIY, I. D. KLYMENKO, D. V. KHORIAK, N. V. |
| author_sort |
NIKOLAYEV, O. D. |
| title |
ВЗАЄМОДІЯ АКУСТИЧНИХ КОЛИВАНЬ ПРОДУКТІВ ЗГОРЯННЯ В КАМЕРІ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ УСТАНОВКИ З ВІБРАЦИЯМИ КОРПУСУ |
| title_short |
ВЗАЄМОДІЯ АКУСТИЧНИХ КОЛИВАНЬ ПРОДУКТІВ ЗГОРЯННЯ В КАМЕРІ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ УСТАНОВКИ З ВІБРАЦИЯМИ КОРПУСУ |
| title_full |
ВЗАЄМОДІЯ АКУСТИЧНИХ КОЛИВАНЬ ПРОДУКТІВ ЗГОРЯННЯ В КАМЕРІ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ УСТАНОВКИ З ВІБРАЦИЯМИ КОРПУСУ |
| title_fullStr |
ВЗАЄМОДІЯ АКУСТИЧНИХ КОЛИВАНЬ ПРОДУКТІВ ЗГОРЯННЯ В КАМЕРІ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ УСТАНОВКИ З ВІБРАЦИЯМИ КОРПУСУ |
| title_full_unstemmed |
ВЗАЄМОДІЯ АКУСТИЧНИХ КОЛИВАНЬ ПРОДУКТІВ ЗГОРЯННЯ В КАМЕРІ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ УСТАНОВКИ З ВІБРАЦИЯМИ КОРПУСУ |
| title_sort |
взаємодія акустичних коливань продуктів згоряння в камері енергетичної установки з вібрациями корпусу |
| title_alt |
INTERACTION OF THE ACOUSTIC OSCILLATIONS OF THE COMBUSTION PRODUCTS IN THE CHAMBER OF A PROPULSION SYSTEM WITH STRUCTURAL VIBRATIONS |
| description |
DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.01.028
The most critical operating conditions of propulsion system chambers are often due to the development of dynamic processes characterized by excess values of operational parameters. Pressure surges and a sharp increase in the local temperature of the combustion products may result in a structural failure of the combustion chamber and a critical behavior of the propulsion system, to the point of combustion termination.
An approach was developed to solving problems of propulsion system dynamics – assessment of the effect of the acoustic oscillations of the combustion products in the chamber with account for their interaction with the solid-propellant propulsion system structure and for propellant oscillation and structural vibration damping on dynamic (acoustic) processes in the combustion chamber.
The dynamic interaction of the operating process in solid-propellant propulsion systems with the spatial vibrations of the chamber structure was studied numerically. To get insight into its mechanism, the dynamic interaction between pressure oscillations and longitudinal structural vibrations was studied with adding a harmonic disturbance (~1 % of the thrust). It was shown that the dynamic coupling between the structural vibrations and the acoustic oscillations in the bulk of the combustion products should be taken into account in studying the strength of propulsion systems. This dynamic coupling manifests itself actively when the eigenfrequencies of the structural vibrations are close to those of the acoustic oscillations. It is shown that at some frequencies (depending on the phase relationships) the acoustic oscillations of the combustion chamber pressure may increase or decrease. Controlling this dynamic process with the aim to reduce the oscillation level for a certain flight time period calls for a further study of the effect of the following factors on these dynamic processes: the geometry of the combustion chamber, its operational conditions, and the presence of damping elements.
REFERENCES
1. Nikolayev O. D., Bashliy I. D., Khoriak N. V., Bondarenko S. H. Effect of the surface roughness of a power plant chamber on low-frequency self-oscillations of a cold working gas. Teh. Meh. 2023. No. 3. Pp. 3 - 17.https://doi.org/10.15407/itm2023.03.003
2. Pylypenko O. V., Nikolayev O. D., Khoriak N. V., Bashliy I. D., Dolgopolov S. I. Dynamic processes in solid rocket motors and their interaction with rocket structure vibrations: the state of the art and current problems. Teh. Meh. 2023. No. 1. Pp. 3 - 13.https://doi.org/10.15407/itm2023.01.003
3. Dotson K. W., Koshigoe S., Pace K. K. Vortex driven pressure oscillations in the Titan IV solid rocket motor upgrade Pace. 31st Propulsion Conference and Exhibit., San-Diego, CA. Copyright 1995 by American Institute of Aeronautics and Astronautics. 1995. July 10 - 12. 11 pp.https://doi.org/10.2514/6.1995-2732
4. Zhang Q., Wang N., Li J., Su W., Zhang Y. Effect of the head cavity on pressure oscillation suppression characteristics in large solid rocket motors. Science China. Technological Sciences. 2015. V. 58. No.7. Pp. 1250 -1262.https://doi.org/10.1007/s11431-015-5834-z
5. Lie C. CAD Principles. Saint Ptersburg: Piter, 2004. 560 pp. (In Russian).
6. Kirk Dotson W. Interaction between solid rocket motor internal flow and structure during flight. Journal of Propulsion and Power. 2007. V. 23. No. 1. Pp. 140-145.https://doi.org/10.2514/1.20477
7. Mason D., Morstadt R., Cannon S., Gross E., Nielsen D. Pressure oscillations and structural vibration in space shuttle RSRM and ETM-3 Motors. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. 11-14 July. Fort Launderdale. Florida. 2004. Pp. 1-17. https://doi.org/10.2514/6.2004-3898
8. Volkov K. N., Emelyanov V. N. Mass-Feed Gas Flows in Propulsion System Channels and Ducts. Moscow: FIZMATLIT, 2011. 464 pp. (In Russian).
9. Kalinin V. V., Kovalev Yu. N., Lipanov A. M. Unsteady Processes and Design Methods for Solid-Propellant Rocket Engine Units. Moscow: Mashinostroyeniye, 1986. 216 pp. (In Russian).
10. Zienkiewicz O. C. Finite-Element Method in Engineering. Moscow: Mir, 1975. 541 pp. (In Russian).
|
| publisher |
текст 3 |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/92 |
| work_keys_str_mv |
AT nikolayevod interactionoftheacousticoscillationsofthecombustionproductsinthechamberofapropulsionsystemwithstructuralvibrations AT bashliyid interactionoftheacousticoscillationsofthecombustionproductsinthechamberofapropulsionsystemwithstructuralvibrations AT klymenkodv interactionoftheacousticoscillationsofthecombustionproductsinthechamberofapropulsionsystemwithstructuralvibrations AT khoriaknv interactionoftheacousticoscillationsofthecombustionproductsinthechamberofapropulsionsystemwithstructuralvibrations AT nikolayevod vzaêmodíâakustičnihkolivanʹproduktívzgorânnâvkameríenergetičnoíustanovkizvíbraciâmikorpusu AT bashliyid vzaêmodíâakustičnihkolivanʹproduktívzgorânnâvkameríenergetičnoíustanovkizvíbraciâmikorpusu AT klymenkodv vzaêmodíâakustičnihkolivanʹproduktívzgorânnâvkameríenergetičnoíustanovkizvíbraciâmikorpusu AT khoriaknv vzaêmodíâakustičnihkolivanʹproduktívzgorânnâvkameríenergetičnoíustanovkizvíbraciâmikorpusu |
| first_indexed |
2025-09-24T17:27:28Z |
| last_indexed |
2025-11-05T02:41:41Z |
| _version_ |
1850410615567286272 |
| spelling |
oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-922025-11-04T12:05:52Z INTERACTION OF THE ACOUSTIC OSCILLATIONS OF THE COMBUSTION PRODUCTS IN THE CHAMBER OF A PROPULSION SYSTEM WITH STRUCTURAL VIBRATIONS ВЗАЄМОДІЯ АКУСТИЧНИХ КОЛИВАНЬ ПРОДУКТІВ ЗГОРЯННЯ В КАМЕРІ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ УСТАНОВКИ З ВІБРАЦИЯМИ КОРПУСУ NIKOLAYEV, O. D. BASHLIY, I. D. KLYMENKO, D. V. KHORIAK, N. V. solid-propellant propulsion system, operating process stability, combustion chamber, dynamic interaction of acoustic oscillations and structural vibrations. твердопаливна енергетична установка, стійкість робочого процесу, камера згоряння, динамічна взаємодія акустичних коливань та коливань корпусу установки. DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.01.028 The most critical operating conditions of propulsion system chambers are often due to the development of dynamic processes characterized by excess values of operational parameters. Pressure surges and a sharp increase in the local temperature of the combustion products may result in a structural failure of the combustion chamber and a critical behavior of the propulsion system, to the point of combustion termination. An approach was developed to solving problems of propulsion system dynamics – assessment of the effect of the acoustic oscillations of the combustion products in the chamber with account for their interaction with the solid-propellant propulsion system structure and for propellant oscillation and structural vibration damping on dynamic (acoustic) processes in the combustion chamber. The dynamic interaction of the operating process in solid-propellant propulsion systems with the spatial vibrations of the chamber structure was studied numerically. To get insight into its mechanism, the dynamic interaction between pressure oscillations and longitudinal structural vibrations was studied with adding a harmonic disturbance (~1 % of the thrust). It was shown that the dynamic coupling between the structural vibrations and the acoustic oscillations in the bulk of the combustion products should be taken into account in studying the strength of propulsion systems. This dynamic coupling manifests itself actively when the eigenfrequencies of the structural vibrations are close to those of the acoustic oscillations. It is shown that at some frequencies (depending on the phase relationships) the acoustic oscillations of the combustion chamber pressure may increase or decrease. Controlling this dynamic process with the aim to reduce the oscillation level for a certain flight time period calls for a further study of the effect of the following factors on these dynamic processes: the geometry of the combustion chamber, its operational conditions, and the presence of damping elements. REFERENCES 1. Nikolayev O. D., Bashliy I. D., Khoriak N. V., Bondarenko S. H. Effect of the surface roughness of a power plant chamber on low-frequency self-oscillations of a cold working gas. Teh. Meh. 2023. No. 3. Pp. 3 - 17.https://doi.org/10.15407/itm2023.03.003 2. Pylypenko O. V., Nikolayev O. D., Khoriak N. V., Bashliy I. D., Dolgopolov S. I. Dynamic processes in solid rocket motors and their interaction with rocket structure vibrations: the state of the art and current problems. Teh. Meh. 2023. No. 1. Pp. 3 - 13.https://doi.org/10.15407/itm2023.01.003 3. Dotson K. W., Koshigoe S., Pace K. K. Vortex driven pressure oscillations in the Titan IV solid rocket motor upgrade Pace. 31st Propulsion Conference and Exhibit., San-Diego, CA. Copyright 1995 by American Institute of Aeronautics and Astronautics. 1995. July 10 - 12. 11 pp.https://doi.org/10.2514/6.1995-2732 4. Zhang Q., Wang N., Li J., Su W., Zhang Y. Effect of the head cavity on pressure oscillation suppression characteristics in large solid rocket motors. Science China. Technological Sciences. 2015. V. 58. No.7. Pp. 1250 -1262.https://doi.org/10.1007/s11431-015-5834-z 5. Lie C. CAD Principles. Saint Ptersburg: Piter, 2004. 560 pp. (In Russian). 6. Kirk Dotson W. Interaction between solid rocket motor internal flow and structure during flight. Journal of Propulsion and Power. 2007. V. 23. No. 1. Pp. 140-145.https://doi.org/10.2514/1.20477 7. Mason D., Morstadt R., Cannon S., Gross E., Nielsen D. Pressure oscillations and structural vibration in space shuttle RSRM and ETM-3 Motors. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. 11-14 July. Fort Launderdale. Florida. 2004. Pp. 1-17. https://doi.org/10.2514/6.2004-3898 8. Volkov K. N., Emelyanov V. N. Mass-Feed Gas Flows in Propulsion System Channels and Ducts. Moscow: FIZMATLIT, 2011. 464 pp. (In Russian). 9. Kalinin V. V., Kovalev Yu. N., Lipanov A. M. Unsteady Processes and Design Methods for Solid-Propellant Rocket Engine Units. Moscow: Mashinostroyeniye, 1986. 216 pp. (In Russian). 10. Zienkiewicz O. C. Finite-Element Method in Engineering. Moscow: Mir, 1975. 541 pp. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.01.028 Найбільш критичні режими роботи камер енергетичних установок часто зумовлені розвитком динамічних процесів, які характеризуються наднормативними величинами режимних параметрів. Стрибки тиску та різке зростання локальної температури продуктів згоряння можуть призводити до порушення міцності та руйнування конструкції камери згоряння, переходу на критичний режим роботи енергетичної установки, аж до згасання процесу горіння палива в установці. Розроблено підхід для вирішення задач динаміки енергетичних установок – оцінка впливу акустичних коливань продуктів згоряння в камері з урахуванням їх взаємодії з корпусом твердопаливної установки та з урахуванням демпфування коливань палива та конструкції корпусу на динамічні (акустичні) процеси в камерах згоряння. Проведено чисельні дослідження щодо динамічної взаємодії робочого процесу у енергетичних установках на твердому паливі з просторовими коливаннями корпусу. Для отримання розуміння механізму цього зв’язку динамічну взаємодію між коливаннями тиску та поздовжніми коливаннями конструкції корпусу досліджено за допомогою методу гармонічного аналізу (при величині гармонічного збурення ~1 % від величини тяги). Показано, що динамічний зв’язок між коливаннями конструкції корпусу та акустичними коливаннями в об’ємі продуктів згоряння камери згоряння слід враховувати при дослідженні стійкості енергетичних установок. Активний прояв динамічного зв'язку між коливаннями конструкції установки та акустичними коливаннями реалізується у разі близькості частот власних коливань корпусу та акустичних коливань у камері енергетичної установки. Показано, що на певних частотах (залежно від фазових співвідношень) акустичні коливання тиску в камері згоряння можуть посилюватися або послаблюватися. Регулювання цього динамічного процесу з метою зниження рівня коливань у певному діапазоні часу польоту вимагає вирішення таких завдань: подальшого вивчення впливу на ці динамічні процеси особливостей форми проточної частини камери, впливу її режимних параметрів або впливу можливих демпфуючих елементів конструкції камери згоряння. ПОСИЛАННЯ 1. Nikolayev O. D., Bashliy I. D., Khoriak N. V., Bondarenko S. H. Effect of the surface roughness of a power plant chamber on low-frequency self-oscillations of a cold working gas. TM. 2023. №3. P.3–17. https://doi.org/10.15407/itm2023.03.003 2. Pylypenko O. V., Nikolayev O. D., Khoriak N. V., Bashliy I. D., Dolgopolov S. I. Dynamic processes in solid rocket motors and their interaction with rocket structure vibrations: the state of the art and current problems. ТМ. 2023. №1. P.3–13. https://doi.org/10.15407/itm2023.01.003 3. Dotson K. W., Koshigoe S., Pace K. K. Vortex driven pressure oscillations in the Titan IV solid rocket motor upgrade Pace. 31st Propulsion Conference and Exhibit., San-Diego, CA. Copyright 1995 by American Institute of Aeronautics and Astronautics. 1995. July 10 – 12. 11 p. https://doi.org/10.2514/6.1995-2732 4. Zhang Q., Wang N., Li J., Su W., Zhang Y. Effect of the head cavity on pressure oscillation suppression characteristics in large solid rocket motors. Science China. Technological Sciences. 2015. July. Vol. 58, No.7. P. 1250 –1262. https://doi.org/10.1007/s11431-015-5834-z 5. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). Санкт-Петербург: Питер, 2004. 560 c. 6. Kirk Dotson W.Interaction Between Solid Rocket Motor Internal Flow and Structure During Flight. Journal of Propulsion and Power. 2007. Vol. 23, No. 1. (January–February). P. 140–145. https://doi:10.2514/1.20477 7. Mason D., Morstadt R., Cannon S., Gross E., Nielsen D. Pressure oscillations and structural vibration in space shuttle RSRM and ETM-3 Motors. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. 11–14 July. Fort Launderdale. Florida. 2004. P. 1–17. https://doi.org/10.2514/6.2004-3898 8. Волков К. Н., Емельянов В. Н. Газовые течения с массоподводом в каналах и трактах энергоустановок. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011. 464 с. 9. Калинин В. В., Ковалев Ю. Н., Липанов А. М. Нестационарные процессы и методы проектирования узлов РДТТ. М.: Машиностроение, 1986. 216 с. 10. Зенкевич О. К. Метод конечных элементов в технике: Пер. с англ. М.: Мир, 1975.541c. текст 3 2025-04-07 Article Article application/pdf https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/92 Technical Mechanics; No. 1 (2025): Technical Mechanics; 28-35 Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины; № 1 (2025): Technical Mechanics; 28-35 ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; № 1 (2025): ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; 28-35 uk https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/92/28 Copyright (c) 2025 Technical Mechanics |