Статья опубликована в рамках: CII Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 10 июня 2021 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Космос, Авиация

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:

Данагулов Т.Г. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МОДИФИКАЦИЙ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ «РД-107» И ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИБОЛЕЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОЙ МОДЕЛИ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. CII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 6(101). URL: https://sibac.info/archive/technic/6(101).pdf (дата обращения: 26.12.2024)

Проголосовать за статью

Конференция завершена

Эта статья набрала 0 голосов

Дипломы участников

У данной статьи нет
дипломов

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МОДИФИКАЦИЙ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ «РД-107» И ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИБОЛЕЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОЙ МОДЕЛИ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ

Данагулов Темирлан Ганиулы

студент, кафедра КиИЛА, филиал «Восход» Московского Авиационного Института,

РФ, г. Байконур

Шестопалова Ольга Львовна

научный руководитель,

канд. техн. наук, доц., филиал «Восход» Московского Авиационного Института,

РФ, г. Байконур

В данной работе произведены оценка и выбор наиболее предпочтительного жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) на основе «РД‑107». Оценка проводилась группой экспертов на основании семи критериев данной технической системы.

На основании мнений группы экспертов выявлены наиболее важные характеристики: тяга, масса, удельный импульс и стоимость. Габаритные размеры: диаметр и высота, ПДК топлива, имеющие меньшие весовые значения, оставлены в математической модели, так как они оказывают влияние на выбор ЖРД при комплексном оценивании.

Анализу подвергнуты следующие ракетные двигатели: РД-107, РД‑107ММ, РД-107А, РД-108, РД-108ММ, РД-108А.

РД-107 (индекс 8Д74) — ЖРД, созданный для первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты Р-7 в ОКБ-456. Используется на каждом боковом блоке первой ступени всех ракет-носителей семейства «Союз».

С помощью двигателей РД-107 и РД-108 разработки «НПО Энергомаш» до настоящего времени надежно обеспечивается выполнение отечественной программы пилотируемых полетов. К настоящему времени были проведены работы по модернизации базовых двигателей РД-107 для первой ступени (основные модернизации – двигатели 8Д74, 8Д728, 11Д511 и 14Д22) и двигателей РД-108 для второй ступени (основные модернизации – двигатели 8Д75, 8Д727, 11Д512 и 14Д21) — всего 18 модификаций для различных программ.

РД-107ММ - вариант разработан для РН «Молния».

РД-107А и РД-108А - вариант разработанный для РН «Союз-ФГ». [3]

Ниже в таблице 1 приведены характеристики перечисленных ЖРД. [1, 2]

Таблица 1.

Характеристики ЖРД

ЖРД	Тяга, тс	Масса, кг	Удельный импульс, с	Высота, мм	Диаметр, мм	ПДК топлива, мг/м³	Стоимость, млн. долл.
РД-107	102	1300	313	2865	1850	2,9	11
РД-107ММ	94	1300	314	2865	1850	2,9	11
РД-107А	96	1156	320,2	2578	1850	2,9	11
РД-108	96	1402	315	2865	1950	2,9	8
РД-108ММ	85	1402	316	2865	1950	2,9	8
РД-108А	97	1151	320,6	2865	1950	2,9	8

Для решения данной задачи была применена процедура свертывания критериев методом аддитивной оптимизации с предварительным использованием методов ранжирования, балльных оценок, допустимых относительных отклонений, попарных приоритетов.

Ниже приведена сводная таблица весовых коэффициентов характеристик, вычисленных перечисленными выше методами.

Таблица 2.

Весовые коэффициенты характеристик

	Тяга	Масса	Удельный импульс	Высота	Диаметр	ПДК топлива	Стоимость	Сумма
Метод ранжирования	0,2	0,193	0,179	0,128	0,093	0,093	0,114	1
Метод балльных оценок	0,188	0,185	0,173	0,120	0,104	0,112	0,116	1
Метод отн-ных отклонений	0,157	0,146	0,146	0,142	0,138	0,131	0,141	1
Метод попарных приоритетов	0,167	0,154	0,15	0,104	0,092	0,083	0,1	1
Сумма	0,754	0,690	0,648	0,550	0,405	0,417	0,536	4
Весовые коэффициенты	0,178	0,169	0,162	0,124	0,107	0,105	0,118	1

Для решения, в первую очередь, была произведена нормализация критериев с помощью определения максимума каждой отдельной характеристики. Исходя из данных таблицы 1, получили, что , ; ; ; ; ; .

При решении задачи максимизируются первый, третий, и четвертый критерии (тяга в пустоте, удельный импульс тяги в пустоте, ПДК топлива), а второй, четвертый, пятый и седьмой критерии (масса, высота, диаметр, стоимость) минимизируются.

Исходя из принципа максимизации эффективности, нормализуем критерии.

Оптимальным будет тот вариант, который обеспечивает максимальное значение функций цели по формуле :

; ; ; .

Так как F_max= F₆= 0,501, то это говорит о том, что с помощью данного метода был определен наиболее полно удовлетворяющий заданным предпочтениям группы экспертов: РД-108А.

Двигатель РД-108А превосходит другие аналоги по удельному импульсу тяги, массе и при этом имеет хорошие показатели тяги и стоимости.

Однако, данное решение, полученное в результате математического моделирования, не является единственно верным, так как основывается на оценочном мнении группы экспертов. К примеру, в данной работе максимум предпочтения отдается тяговооруженности и массе представленных ЖРД. Но, в случае смены приоритетных характеристик оптимальное значение может смениться в пользу другого типа, с наибольшими параметрами, соотносящимися с максимальным возможным значением в приоритете.

Ввиду этого проведенную работу следует рассматривать, как основу и рекомендации для дальнейших более тщательных исследований. Окончательное решение и принятие выбора в данном случае остается за лицом, принимающим решение.

Список литературы:

НПО «ЭНЕРГОМАШ» имени академика В.П. Глушко «Путь в ракетной технике» под ред. Б.И. Каторгина. – М.: Машиностроение/Машиностроение – Полет, 2004. – 488 с.
ГОСТ 10227-2013. Топлива для реактивных двигателей. Технические условия, 2013. – 20 с.
Вестник Российской академии наук, том 74, № 3, 2004 С. 499-506.