Mathematical modeling of disposal of the payload fairing of a launch vehicle after completion | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2023. № 84. DOI: 10.17223/19988621/84/5

Mathematical modeling of disposal of the payload fairing of a launch vehicle after completion

The payload launching into Earth orbit is carried out by launch vehicles. At certain stages of the flight, once the dense layers of the atmosphere are passed through, the spent stages of rocket engines and large payload fairings are jettisoned. Falling of separated parts in the designated areas causes economic, environmental, and social problems. This paper presents a mathematical model of the combustion of a pyrotechnic device with a charge-filler from a solid propellant. The model is developed to calculate combustion processes, the flow of the products of combustion and heat and mass exchange in elements of the pyrotechnic device. Calculations are carried out for three configurations of the solid propellant charge-filler. The obtained spatial and temporal distributions of the parameters of occurring flows allow one to assess the feasibility of the pyrotechnic device, namely defragmentation and combustion of the payload fairing elements. The calculated results for the model pyrotechnic device are in satisfactory agreement with experimental data.

Download file

Counter downloads: 8

Keywords

launch vehicle payload fairing, pyrotechnic device, charge-filler, solid propellant, combustion, combustion products, mathematical modeling

Authors

Name	Organization	E-mail
Arkhipov Vladimir A.	Tomsk State University	leva@niipmm.tsu.ru
Bondarchuk Sergey S.	Tomsk State University	isbi@mail.ru
Bondarchuk Ivan S.	Tomsk State University	ivanich_91@mail.ru
Zolotorev Nikolay N.	Tomsk State University	nikzolotorev@mail.ru
Kozlov Evgeniy A.	Tomsk State University	kozlovea@niipmm.tsu.ru
Orlova Mariya P.	Tomsk State University	maria-orlova-93@mail.ru

Всего: 6

References

Средства выведения // Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина. URL: https://www.laspace.ru/ru/activities/products/sredstva-vyvedeniya.

Гардымов Г.П., Мешков Е.В., Пчелинцев А.В., Лашманов Г.П., Афанасьев Ю.А. Компози ционные материалы в ракетно-космическом аппаратостроении. СПб.: СпецЛит, 1999. 271 с.

Лемперт Д.Б., Трушляков В.И., Зарко В.Е. Оценка массы пиротехнической смеси для сжи гания головного обтекателя космической ракеты // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51, № 5. С. 121-125.

Трушляков В.И., Жариков К.И., Лемперт Д.Б., Яновский Л. С. Исследование полимерных материалов для сжигания сбрасываемых частей летательных аппаратов // Журнал прикладной химии. 2021. T. 94, № 1. С. 98-102.

Trushlyakov V.I., Panichkin A.V. Methodology for the design of combustible structures of separating launch vehicle parts // Journal of Spacecraft and Rockets. 2021. V. 58 (4). P. 1200-1206.

Иордан Ю.В. Экспериментальные исследования термодинамических процессов горения сжигаемых демонстраторов // Динамика систем, механизмов и машин. 2021. Т. 9, № 2. С. 97-103.

Архипов В.А., Глазунов А.А., Золоторёв Н.Н., Козлов Е.А., Коротких А.Г., Кузнецов В. Т., Трушляков В.И. Анализ возможности сжигания элементов головного обтекателя ракеты-носителя // Физика горения и взрыва. 2023. Т. 59, № 5. (в печати).

Li Z., Wang N., Shi B., Li S., Yang R. Effects of particle size on two-phase flow loss in alumi nized solid rocket motors // Acta Astronautica. 2019. V. 159. P. 33-40.

Zhukov I.S., Bondarchuk S.S., Zhukov A.S., Borisov B.V. Verification of model of calculation of intra-chamber parameters in hybrid solid-propellant rocket engines // MATEC Web of Conferences. 2016. V. 72. Art. 01135. P. 1-4.

Губертов А.М., Миронов В.В., Борисов Д.М. и др. Газодинамические и теплофизические процессы в ракетных двигателях твердого топлива / под ред. А.С. Коротеева. М.: Машиностроение, 2004. 512 с.

Bondarchuk S.S. Mathematical simulation of a large size rocket motors // Tomsk State Pedagogical University Bulletin. 2002. № 2 (30). P. 23-32.

Borisov B.V. Features applications of the approaches when constructing efficient algorithms during the modelling of some intracanal flows // EPJ Web of Conferences. 2016. V. 110. Art. 01012. P. 1-4. 10.1051/epjconf 201611001012.

Архипов В.А., Золоторёв Н.Н., Бондарчук С.С., Жуков А.С. Анализ рабочих процессов в гибридном ракетном двигателе // Материалы VI Всероссийской научно-технической конференции "Фундаментальные основы баллистического проектирования", Санкт-Петербург, 2018. СПб.: Балт. гос. техн. ун-т, 2018. С. 70-73.

Шишков А.А., Панин С.Д., Румянцев Б.В. Рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топлива: справочник. М.: Машиностроение, 1988. 240 с.

Kraussold H. Heat transfer to liquids in tubes in the case of turbulent flow // Forschung. 1933. V. 39 (1).

Беляев Н.М., Рядно А.А. Методы нестационарной теплопроводности: учеб. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1978. 328 с.

Goodman T.R.Integral Methods for nonlinear heat transfer // Advances in Heat Transfer / T. Irvine, J. Hartnett (eds). New-York: Academic Press, 1964. V. 1. P. 51-122.

Бондарчук С.С., Жуков А.С. Программа для ЭВМ № 2017610017. Программа расчета параметров функционирования аблирующей теплозащиты. 2017.

Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980. 616 с.

Rizzy F.W., Inoue M. Time-split finite-volume method for three-dimensional blunt-body flows // AIAA Journal. 1973. V. 11 (11). P. 1478-1485.

Годунов С.К., Забродин А.В., Иванов М.Я. и др. Численное решение многомерных задач газовой динамики / под ред. С.К. Годунова. М.: Наука, 1976. 400 с.

Алалыкин Г.Б., Годунов С.К., Киреев И.Л., Плинер Л.А. Решение одномерных задач газовой динамики в подвижных сетках. М.: Наука, 1978. 112 с.