Инновационная модель применения жидкого азота для охлаждения ракетного топлива в емкостях заправочных систем наземных комплексов

Для повышения эффективности двигательных установок ракет космического назначения перед заправкой топлива в топливные баки на оборудовании наземных комплексов должна проводиться температурная подготовка топлива. В существующих заправочных системах для охлаждения ракетного топлива используется жидкий азот, получаемый из воздуха при производстве жидкого кислорода на космодромах. Эксплуатация систем с применением теплообменников и жидкого азота характеризуется недостаточной эффективностью и громоздкостью теплообменного оборудования, что приводит к повышенным затратам жидкого азота для охлаждения топлива. Приведена инновационная модель применения жидкого азота для охлаждения ракетного топлива с использованием теплообменника, заполненного антифризом и размещенного непосредственно в емкости-хранилище заправочной системы. Охлаждение топлива осуществляется подачей жидкого азота в теплообменник с антифризом, а нагрев - подачей нагретого воздуха. Приведены расчетные зависимости и результаты анализа процессов охлаждения ракетного топлива с использованием предложенной модели, а также выполнена оценка ее эффективности по сравнению с другими технологиями.

Литература

[1] Александров А.А., Гончаров Р.А., Игрицкий В.А., Чугунков В.В. Методика выбора рациональных режимов охлаждения углеводородного горючего стартовым оборудованием перед заправкой топливных баков ракеты-носителя // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2011. № 1. С. 40-46.

[2] Денисов О.Е., Золин А.В., Денисова К.И. Методика проектирования базы хранения и подготовки высококипящих компонентов ракетного топлива космодрома "Восточный" // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 11. С. 378-398. DOI: 10.7463/1114.0732218 URL: http://technomag.edu.ru/jour/article/view/744

[3] Александров А.А., Бармин И.В., Кунис И.Д., Чугунков В.В. Особенности создания и развития криогенных систем ракетно-космических стартовых комплексов "Союз" // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 2. С. 7-27. DOI: 10.18698/0236-3941-2016-2-7-27

[4] Кобызев С.В. Методика расчета коэффициентов массоотдачи при осушке углеводородного ракетного топлива // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2011. № 11. С. 1-14. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/245147.html

[5] Кобызев С.В. Моделирование массообменных процессов при обезвоживании углеводородного ракетного горючего барботированием азотом // Актуальные проблемы Российской космонавтики: Материалы XXXVI академических чтений по космонавтике. Комиссия РАН. М., 2012. С. 356-357.

[6] Кобызев С.В. Методика поверочного расчета процесса осушки углеводородного горючего методом барботажа газообразным азотом // Актуальные проблемы Российской космонавтики: Материалы XXXVII академических чтений по космонавтике. Комиссия РАН. М., 2013. С. 385-386.

[7] Александров А.А., Денисов О.Е., Золин А.В., Чугунков В.В. Охлаждение ракетного топлива стартовым оборудованием с применением жидкого азота // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2013. № 4. С. 24-29. DOI: 10.18698/0536-1044-2013-4-24-29

[8] Кобызев С.В., Золин А.В., Чугунков В.В. Построение рациональной схемы подготовки углеводородного горючего по температуре и влагосодержанию с использованием жидкого и газообразного азота на стартовом и техническом комплексах космодрома // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. № 10. С. 147-156. DOI: 10.7463/1012.0486647 URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/486647.html

[9] Комлев Д.Е., Соловьев В.И. Охлаждение нафтила методом криогенного барботажа // Новости техники. М.: КБТМ, 2004. С. 137-141.

[10] Денисов О.Е., Золин А.В., Чугунков В.В. Методика моделирования охлаждения компонентов ракетного топлива с применением жидкого азота и промежуточного теплоносителя // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 3. С. 145-161. DOI: 10.7463/0314.0699941 URL: http://technomag.edu.ru/jour/article/view/546

[11] Золин А.В., Чугунков В.В. Моделирование процессов температурной подготовки ракетного горючего в системе заправки стартового комплекса // Аэрокосмический научный журнал. 2015. № 6. С. 27-38. DOI: 10.7463/aersp.0615.0826690

[12] Павлов С.К., Чугунков В.В. Математическая модель процесса температурной подготовки компонентов жидкого ракетного топлива с использованием теплообменника и теплоносителя, охлаждаемого жидким азотом // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 12. С. 128-136. DOI: 10.7463/1214.0744330 URL: http://technomag.edu.ru/jour/article/view/821

[13] Павлов С.К., Чугунков В.В. Повышение эффективности системы охлаждения ракетного топлива с использованием теплообменника и антифриза, охлаждаемого жидким азотом // Инженерный журнал: наука и инновации. 2016. № 1. DOI: 10.18698/2308-6033-2016-1-1461 URL: http://engjournal.ru/catalog/arse/teje/1461.html

[14] Денисова К.И., Чугунков В.В. Моделирование процессов охлаждения и нагрева ракетного топлива во внутреннем пространстве емкостей наземных комплексов // Аэрокосмический научный журнал. 2016. № 1. С. 1-13. DOI: 10.7463/aersp.0116.0834621

[15] Wen D.S., Chen H.S., Ding Y.L., Dearman P. Liquid nitrogen injection into water: Pressure buildup and heat transfer // Cryogenics. 2006. Vol. 46. No. 10. Р. 740-748. DOI: 10.1016/j.cryogenics.2006.06.007 URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011227506001123

[16] Домашенко А.М., Блинова И.Д. Исследования тепломассообмена при сбросе криогенных продуктов в воду // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2007. № 12. С. 17-19.

[17] Накоряков В.Е., Цой А.Н., Мезенцев И.В., Мелешкин А.В. Вскипание струи жидкого азота, инжектированного в воду // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. 2013. № 1. С. 260-264.

[18] Накоряков В.Е., Цой А.Н., Мезенцев И.В., Мелешкин А.В. Экспериментальные исследования процесса инжекции жидкого азота в воду // Теплофизика и аэромеханика. 2014. № 3. С. 293-298.