Слэш динамика - Slosh dynamics

"Slosh" перенаправляется сюда. Для модели штормового нагона см. Море, озеро и наземная волна от ураганов. Типографский символ см. обратная косая черта.
Брызги воды в бассейне круизного лайнера при качке

В динамика жидкостей, плевать относится к движению жидкость внутри другого объекта (который, как правило, тоже движется).

Строго говоря, жидкость должна иметь свободная поверхность составить шумная динамика проблема, при которой динамика жидкости может взаимодействовать с контейнером, чтобы существенно изменить динамику системы.[1] Важные примеры включают пропеллент залить космический корабль танки и ракеты (особенно верхние ступени), а эффект свободной поверхности (выплескивание груза) на судах и грузовиках, перевозящих жидкости (например, нефть и бензин). Однако стало обычным называть движение жидкости в полностью заполненном баке, то есть без свободной поверхности, «выплескиванием топлива».[не проверено в теле ]

Такое движение характеризуется "инерционные волны "и может быть важным эффектом в динамике вращающегося космического корабля. Обширные математические и эмпирические зависимости были получены для описания выплескивания жидкости.[2][3] Эти типы анализов обычно проводятся с использованием вычислительная гидродинамика и методы конечных элементов решить взаимодействие жидкости и конструкции проблема, особенно если твердая тара гибкая. Соответствующие безразмерные параметры гидродинамики включают Номер облигации, то Число Вебера, а Число Рейнольдса.

Вода плещется в стеклянной чашке

Слезание - важный эффект для космического корабля,[4] корабли[3] и немного самолет. Слэш был одним из факторов Сокол 1 вторая аномалия испытательного полета, и была причастна к различным другим аномалиям космического корабля, включая близкую к катастрофе[5] с околоземным астероидом рандеву (РЯДОМ Сапожник ) спутник.

Эффекты космического корабля

Жидкость в микрогравитация[6][7] имеет отношение к космическим кораблям, чаще всего на околоземной орбите спутники, и должен учитывать жидкость поверхностное натяжение которые могут изменить форму (и, следовательно, собственные значения ) жидкой пробки. Как правило, значительная часть массы спутника составляет жидкое топливо в момент начала эксплуатации (BOL) или около него, и всплеск может отрицательно повлиять на характеристики спутника несколькими способами. Например, выплескивание пороха может внести неопределенность в положение (наведение) космического корабля, что часто называют дрожь. Подобные явления могут вызывать пого колебания и может привести к разрушению конструкции космического корабля.

Другой пример - проблемное взаимодействие с системой управления ориентацией космического корабля (ACS), особенно для вращающихся спутников.[8] который может пострадать резонанс между слюной и нутация, или неблагоприятные изменения вращательного инерция. Из-за этих типов рисковать, в 1960-е гг. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) тщательно изучил[9] жидкость в баках космических кораблей, и в 1990-х годах НАСА предприняло Миддек эксперимент с нулевой динамикой силы тяжести[10] на космический шатл. В Европейское космическое агентство продвинул эти исследования[11][12][13][14] с запуском СЛОШАТ. Большинство вращающихся космических аппаратов с 1980 года были испытаны в падающей вышке Applied Dynamics Laboratories с использованием суб-масштабных моделей.[15] Также был сделан большой вклад[16] посредством Юго-Западный научно-исследовательский институт, но исследования широко распространены[17] в академических кругах и промышленности.

Продолжаются исследования эффектов слияния на внутреннемКосмос топливные склады. В октябре 2009 г. Воздушные силы и United Launch Alliance (ULA) выполнила экспериментальную на орбите демонстрация на модифицированном Кентавр разгонный блок на ДМСП-18 спутник запуск чтобы улучшить "понимание оседание ракетного топлива и плесень »,« Легкий вес DMSP-18 позволял 12 000 фунтов (5 400 кг) оставшихся LO2 и LH2 топливо, 28% мощности "Кентавра" ", для испытаний на орбите. Продление полета после запуска космического корабля было выполнено на 2,4 часа раньше запланированного сжечь с орбиты был казнен.[18]

НАСА Запустить программу обслуживания работает над двумя текущими брызги жидкости эксперименты динамики с партнерами: КРИОТ и СФЕРЫ -Slosh.[19] ULA имеет дополнительные маломасштабные демонстрации управления криогенными жидкостями, запланированные с проектом CRYOTE в 2012–2014 гг.[20] что привело к крупномасштабному испытанию хранилища топлива крио-спутника ULA под руководством НАСА демонстрации флагманских технологий программа в 2015 году.[20] СФЕРЫ-Слэш с Флоридский технологический институт и Массачусетский Институт Технологий изучит, как жидкости перемещаются внутри контейнеров в условиях микрогравитации, с помощью испытательного стенда SPHERES на Международная космическая станция.

Шумообразование в автоцистернах

Брызги жидкости сильно влияют на динамику движения и безопасность шоссе. цистерны крайне неблагоприятным образом.[21] Гидродинамический силы и моменты возникающий из жидкости груз колебания в баке под рулевое управление и / или торможение маневры снижают предел устойчивости и управляемость частично заполненных цистерны.[22][23][24] Устройства защиты от выплескивания, такие как перегородки, широко используются для ограничения неблагоприятного воздействия выплескивания жидкости на характеристики направления и стабильность цистерны.[25] Поскольку большую часть времени танкеры перевозят опасные жидкие вещества, такие как аммиак, бензин и жидкое топливо, очень важна устойчивость частично заполненных жидких грузовых автомобилей. Оптимизация и методы уменьшения плескания в топливных баках, таких как эллиптический бак, прямоугольный, измененный овал и бак общей формы, были выполнены при различных уровнях заполнения с использованием численного, аналитического и аналогичного анализа. Большинство этих исследований сосредоточено на влиянии перегородок на колебания, в то время как влияние поперечного сечения полностью игнорируется.[26]

В Ищейка SSC В проектном автомобиле со скоростью 1000 миль в час используется ракета, работающая на жидком топливе, для которой требуется бак окислителя со специальными перегородками, чтобы предотвратить нестабильность направления, изменения тяги ракеты и даже повреждение бака окислителя.[27]

Практические эффекты

Покачивание или смещение груз, воды балласт, или другая жидкость (например, от протечек или пожаротушения) может вызвать катастрофические опрокидывание на судах из-за эффект свободной поверхности; это также может повлиять на грузовики и самолеты.

Эффект слипа используется для ограничения отскока хоккей на роликах мяч. Плеск воды может значительно уменьшить высоту отскока мяча.[28] но некоторое количество жидкости, кажется, приводит к резонанс эффект. Многие из обычно доступных мячей для хоккея на роликах содержат воду, чтобы уменьшить высоту отскока.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Моисеев, Н. И В.В. Румянцев. «Динамическая устойчивость тел, содержащих жидкость». Springer-Verlag, 1968.
  2. ^ Ибрагим, Рауф А. (2005). Динамика плескания жидкости: теория и приложения. Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0521838856.
  3. ^ а б Faltinsen, Odd M .; Тимоха, Александр Н. (2009). Плещется. Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0521881111.
  4. ^ Рейханоглу, М. (23–25 июня 2003 г.). Задачи управления маневрированием космического корабля с незадействованной динамикой выброса топлива. Конференция IEEE по приложениям управления. 1. Стамбул: IEEE. С. 695–699. Дои:10.1109 / CCA.2003.1223522.
  5. ^ Veldman, A. E. P .; Gerrits, J .; Luppes, R .; Helder, J. A .; Фрибург, Дж. П. Б. (2007). «Численное моделирование всплесков жидкости на борту космического корабля». Журнал вычислительной физики. 224 (1): 82–99. Дои:10.1016 / j.jcp.2006.12.020.
  6. ^ Монти, Р. "Физика жидкостей в условиях микрогравитации". CRC, 2002.
  7. ^ Антар, Б. & ПРОТИВ. Нуотио-Антар. «Основы гидродинамики и теплопередачи с малой гравитацией». КПР, 1994.
  8. ^ Хуберт, К. «Поведение вращающихся космических аппаратов с бортовыми жидкостями». Симпозиум NASA GSFC, 2003 г.
  9. ^ Абрамсон, Х.Н. "Динамическое поведение жидкостей в движущихся контейнерах". НАСА SP-106, 1966 год.
  10. ^ Кроули, E.F. & M.C. Ван Шур и Э. Бохур. "Эксперимент по динамике нулевой силы тяжести на миддеке: сводный отчет", NASA-CR-4500, март 1993 г.
  11. ^ Vreeburg, J.P.B. «Измеренные состояния SLOSHSAT FLEVO», IAC-05-C1.2.09, октябрь 2005 г.
  12. ^ Prins, J.J.M. «Проект SLOSHSAT FLEVO, полет и извлеченные уроки», IAC-05-B5.3./B5.5.05, октябрь 2005 г.
  13. ^ Luppes, R. & J.A. Helder & A.E.P. Вельдман. «Брызги жидкости в условиях микрогравитации», IAC-05-A2.2.07, октябрь 2005 г.
  14. ^ Фрибург, Дж. П. Б. (2008). «Калибровка космического аппарата Sloshsat при стационарных скоростях вращения». Журнал космических аппаратов и ракет. 45 (1): 65–75. Дои:10.2514/1.30975.
  15. ^ «Неполный список космических аппаратов, испытанных ADL». Лаборатории прикладной динамики. Получено 30 апреля 2013.
  16. ^ Брошюра "18-Гидродинамика в космических аппаратах". Swri.org. Получено 2012-03-09.
  17. ^ "Слэш Централ". Sloshcentral.bbbeard.org. Получено 2012-03-09.
  18. ^ ulalaunch.com В архиве 2011-07-17 на Wayback Machine; Успешная демонстрация полета, проведенная ВВС и United Launch Alliance, улучшит космические перевозки: DMSP-18, United Launch Alliance, Октябрь 2009 г., по состоянию на 10 января 2011 г.
  19. ^ nasa.gov
  20. ^ а б spirit.as.utexas.edu В архиве 2011-02-06 в Wayback Machine; Депозиты топлива стали проще, Бернард Куттер, United Launch Alliance, FISO Colloquium, 2010-11-10, по состоянию на 10 января 2011 г.
  21. ^ Колаи, Амир; Ракхеджа, Субхаш; Ричард, Марк Дж. (25 января 2016 г.). «Эффективная методология моделирования динамики крена автоцистерны в сочетании с переходным потоком жидкости». Журнал вибрации и контроля. 23 (19): 3216–3232. Дои:10.1177/1077546315627565. ISSN  1077-5463.
  22. ^ Колаи, Амир; Ракхеджа, Субхаш; Ричард, Марк Дж. (2014-01-06). «Область применимости линейной теории выплескивания жидкости для прогнозирования переходного бокового выплескивания и устойчивости автоцистерн к качению». Журнал звука и вибрации. 333 (1): 263–282. Bibcode:2014JSV ... 333..263K. Дои:10.1016 / j.jsv.2013.09.002.
  23. ^ Колаи, Амир; Ракхеджа, Субхаш; Ричард, Марк Дж. (2014-07-01). «Влияние поперечного сечения цистерны на динамические выбросы жидкости и устойчивость к качению частично заполненной автоцистерны». Европейский журнал механики B. 46: 46–58. Bibcode:2014EJMF ... 46 ... 46K. Дои:10.1016 / j.euromechflu.2014.01.008.
  24. ^ Колаи, Амир; Ракхеджа, Субхаш; Ричард, Марк Дж. (01.09.2015). «Трехмерное динамическое выплескивание жидкости в частично заполненных горизонтальных резервуарах при одновременном продольном и поперечном возбуждении». Европейский журнал механики B. 53: 251–263. Bibcode:2015EJMF ... 53..251K. Дои:10.1016 / j.euromechflu.2015.06.001.
  25. ^ Колаи, Амир; Ракхеджа, Субхаш; Ричард, Марк Дж. (31 января 2015 г.). «Комбинированный мультимодальный метод и метод граничных элементов для анализа противоскользящей эффективности частичных перегородок в частично заполненном контейнере». Компьютеры и жидкости. 107: 43–58. Дои:10.1016 / j.compfluid.2014.10.013.
  26. ^ Talebitooti, ​​R .; shojaeefard, M.H .; Ярмохаммадисатри, Садех (2015). «Оптимизация формы цилиндрического резервуара с использованием b-шлицевых кривых». Компьютер и жидкости. 109: 100–112. Дои:10.1016 / j.compfluid.2014.12.004.
  27. ^ «29, важность шлепков и хлопков». 2012-06-29.
  28. ^ Мяч спортивный для хоккея на роликах; Патент США 5516098; 14 мая 1996 г .; Джеффри Айелло.

Прочие ссылки