Затухание вынужденных колебаний и гидроударных волн в турбулентном потоке протяжённых трактов систем питания жидкостных ракетных двигателей

Волновые процессы в трубопроводных системах являются причиной неравномерности расходов подаваемых через них жидкостей. При открытии или закрытии регулирующей арматуры системы питания жидкостных ракетных двигателей возникают одиночные ударные волны, которые являются возмущениями давления в широком спектре частот и могут приводить к возбуждению неустойчивости рабочего процесса в газогенераторах или камерах сгорания. Целью работы является экспериментальное исследование процессов затухания вынужденных колебаний и одиночных гидроударных волн в турбулентных потоках слабосжимаемой капельной жидкости в гладких гидравлических магистралях круглого сечения. Поскольку процесс затухания ударных волн заметен только в протяженных трактах с отношением длины к диаметру трубопровода более нескольких тысяч, то методология проведения данной работы была построена на возбуждении гидроударных волн в магистральной транспортной системе, осуществляющей перекачку углеводородных горючих и регистрацию давления датчиками, расставленными равномерно вдоль магистрали. При исследованиях создавались возмущения с амплитудой более чем в 2 раза большей уровня постоянного гидродинамического шума. Одиночные гидроударные волны возбуждались путем проведения отбора жидкости. При этом в ответ на открытие крана (начало отбора) генерировалась волна разрежения, а на закрытие - волна сжатия. Проведённый спектральный анализ сигнала показал, что основная часть спектра гидродинамических колебаний находится в частотном диапазоне до 10 Гц. Более высокие частоты, генерируемые работой насосных агрегатов, быстро затухают. В результате экспериментов была получена аппроксимационная зависимость декремента затухания одиночных волн сжатия и разрежения в виде функции от чисел Рейнольдса. При переходных режимах течения жидкости от ламинарного к турбулентному динамические изменения происходят внутри ламинарного слоя и показатель затухания ударной волны стремится к постоянной величине. На основании сделанных предположений экспериментальные точки аппроксимированы экспоненциальной кривой вида . По результатам проведенной обработки были получены значения для коэффициентов и выполнено сравнение расчетных данных с результатами экспериментов. Показано удовлетворительное согласие результатов испытаний на модельной установке и на протяженных магистралях. Полученная экспериментальная зависимость, описывающая затухание гидроударных волн в турбулентных потоках, используется при проведении инженерных расчетов систем питания жидкостных ракетных двигателей на кафедре ракетных двигателей в Московском авиационном институте.