Влияние нелинейных характеристик сильфона на параметры кавитационных автоколебаний при совместных продольных колебаниях конструкции трубопровода и жидкости

Abstract

В статье рассматриваются совместные продольные колебания конструкции питающего трубопровода жидкостных ракетных двигателей и жидкости с учетом нелинейностей упругой характеристики сильфона. В качестве нелинейностей упругой характеристики сильфона рассмотрено ограничение хода сильфона при сжатии за счет смыкания соседних гофр и при растяжении за счет установки стяжек. Целью данной работы является исследование влияния указанных нелинейностей упругой характеристики сильфона на параметры кавитационных автоколебаний при совместных продольных колебаниях конструкции трубопровода и жидкости. Показано, что проявление нелинейностей упругой характеристики сильфона зависит от размаха колебаний перемещений конструкции трубопровода. Как только перемещение конструкции трубопровода достигает критического значения (при котором происходит резкое возрастание упругой характеристики сильфона), в колебательном контуре конструкции трубопровода происходит смещение среднего положения сильфона и устанавливаются продольные колебания с существенно меньшим размахом. Установлено, что при различных средних давлениях на входе в насос это приводит к тому, что размахи колебаний параметров принимают значения либо такие, как при отсутствии нелинейности упругой характеристики сильфона, либо близкие к таким, как при отсутствии взаимодействия конструкции трубопровода и жидкости.

У статті розглядаються спільні поздовжні коливання конструкції живильного трубопроводу рідинних ракетних двигунів і рідини з урахуванням нелінійностей пружної характеристики сильфона. У якості нелінійностей пружної характеристики сильфона розглянуто обмеження ходу сильфона при стисненні за рахунок змикання сусідніх гофр і при розтяганні за рахунок установлення стяжок. Метою даної роботи є дослідження впливу зазначених нелінійностей пружної характеристики сильфона на параметри кавітаційних автоколивань при спільних поздовжніх коливаннях конструкції трубопроводу й рідини. Показано, що прояв нелінійностей пружної характеристики сильфона залежить від розмаху коливань переміщень конструкції трубопроводу. Як тільки переміщення конструкції трубопроводу досягає критичного значення (при якому відбувається різке зростання пружної характеристики сильфона), у коливальному контурі конструкції трубопроводу відбувається зсув середнього положення сильфона й установлюються поздовжні коливання із суттєво меншим розмахом. Встановлено, що при різних середніх тисках на вході в насос це приводить до того, що розмахи коливань параметрів приймають значення або такі, як при відсутності нелінійності пружної характеристики сильфона, або близькі до таких, як при відсутності взаємодії конструкції трубопроводу й рідини.

The paper examines the combined longitudinal oscillation of the feed line structure of liquid rocket engines and the fluid considering nonlinearities of an elastic characteristic of the bellows. The limitations of the compression stroke at the expense of coupling near corrugations and the extension stroke at the expense of tightening devices are considered as nonlinearities of the elastic bellows characteristic. The aim of the research is to study the effects of the above nonlinearities of the elastic characteristic of the bellows on parameters of the cavitation self-oscillation under the combined longitudinal oscillation of the line structure and the fluid. It is shown that a manifestation of nonlinearities of the elastic bellows characteristic depends on a double amplitude of displacements of the line structure. As soon as the line structure displacement reaches its peak (when an elastic characteristic of the bellows rises steeply), the mid-position of the bellows displaces in the oscillating circuit of the line structure and the longitudinal oscillation is provided essentially with a more limited double amplitude. It is found that various average pump-inlet pressures result in the double amplitude of parametric values which demonstrate either the absence of the nonlinearity of the elastic characteristic of the bellows or they are close to values in the absence of interactions between the line structure and the fluid.