Preview

Аэрокосмический научный журнал

Расширенный поиск

Приближенный анализ нагружения внутренней стенки биметаллической оболочки камеры многоразового ЖРД

https://doi.org/10.7463/aersp.0516.0848243

Полный текст:

Аннотация

В различных технических устройствах в качестве конструктивных элементов достаточно широко используют биметаллические оболочки. Характерным примером применения биметаллических оболочек является конструкция камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя (ЖРД). В процессе работы ЖРД оболочка камеры сгорания подвержена интенсивным тепловым и механическим воздействиям, что приводит к необходимости ее охлаждения. Охлаждающий тракт оболочки образован зазором между ее внутренней и наружной стенками, скрепленными между собой гофрированными проставками или фрезерованными ребрами. Наружная стенка выполняет роль силового элемента оболочки, а внутренняя стенка непосредственно контактирует с высокотемпературными продуктами сгорания и подвержена интенсивному нагреву. Различие функций стенок оболочки вызывает необходимость их изготовления из разных материалов с различающимися теплофизическими и механическими характеристиками.

Взаимодействие стенок оболочки из разных материалов при нагревании и охлаждении приводит к возникновению в стенках различных по величине температурных деформаций. Материал внутренней стенки по механическим характеристикам, как правило, уступает материалу силовой наружной стенки, для которой одной из применяемых является высокопрочная нержавеющая сталь 12Х21Н5Т, а внутреннюю стенку обычно изготавливают из высокотеплопроводных сплавов на основе меди (например, из хромистой бронзы БрХ0,8). Поэтому следствием возникающей в стенках разности температурных деформаций является неупругое неизотермическое деформирование материала внутренней стенки при (как правило) упругом поведении материала наружной стенки.

Для ЖРД многоразового действия циклическая последовательность этапов нагружения внутренней стенки может привести к накоплению повреждений в ее материале, связанных с малоцикловой усталостью, и вызвать разрушение этой стенки или утрату герметичности охлаждающего тракта. Основным параметром, определяющим уровень малоцикловой усталости, является абсолютное значение накопленной неупругой деформации (как пластической, так и развивающейся во времени деформации ползучести). Количественная оценка этого параметра связана с анализом нагружения внутренней стенки при многократных пусках и выключениях ЖРД. В данной работе с использованием подходов, характерных для математического моделирования термонапряженных конструкций, представлен приближенный анализ такого нагружения при определенных упрощающих допущениях.

Об авторах

В. С. Зарубин
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия


В. Н. Зимин
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия


Г. Н. Кувыркин
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия


Список литературы

1. Феодосьев В.И. Основы техники ракетного полета. 2-е изд. М.: Наука, 1981. 496 с.

2. Моисеев В.А., Тарасов В.А., Колмыков В.А., Филимонов А.С. Технология производства жидкостных ракетных двигателей / Под ред. В.А. Моисеева, В.А. Тарасова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 381 с.

3. Воробей В.В., Логинов В.Е. Технология производства жидкостных ракетных двигателей. М.: Изд-во МАИ, 2001. 496 с.

4. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели: Основы проектирования / Под ред. Д.А. Ягодникова. 2-е изд. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 488 с.

5. Балабух Л.И., Колесников К.С., Зарубин В.С., Алфутов Н.А., Усюкин В.И., Чижов В.Ф. Основы строительной механики ракет. М.: Высшая школа, 1969. 496 с.

6. Гусенков А.П., Котов П.И. Малоцикловая усталость при неизотермическом нагружении. М.: Машиностроение, 1983. 240 с.

7. Александров Д.А., Зарубин В.С. О критериях разрушения материала теплонапряженных конструкций // Машиностроение: Энциклопедия. Раздел I: Инженерные методы расчетов. Т. I-3. Кн.1: Динамика и прочность машин. Теория механизмов и машин. М.: Машиностроение, 1994. C. 176-180.

8. Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н. Математическое моделирование термомеханических процессов при интенсивном тепловом воздействии // Теплофизика высоких температур. 2003. Т. 41. № 2. С. 300-309.

9. Зарубин В.С. Моделирование: учеб.пособие. М.: Академия, 2013. 336 с.

10. Малинин Н.Н. Прикладная теории пластичности и ползучести. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1975. 400 с.

11. Феодосьев В.И. Прочность теплонапряженных узлов жидкостных ракетных двигателей. М.: Оборонгиз, 1963. 210 с.

12. Зарубин В.С., Станкевич И.В. Расчет теплонапряженных конструкций. М.: Машиностроение, 2005. 352 с.

13. Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н. Математические модели механики и электродинамики сплошной среды. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 512 с.

14. Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н., Пугачев О.В. Механическое взаимодействие стенок биметаллической оболочки камеры жидкостного ракетного двигателя при диффузионной пайке // Аэрокосмический научный журнал. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 4. С. 51-63. DOI: 10.7463/aersp.0415.0800092

15. Справочник по цветным металлам. Хромовая бронза: сайт. Режим доступа http://libmetal.ru/bronze/chrombronze.htm (Дата обращения 11.10.2016).

16. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука, 1966. 752 с.

17. Работнов Ю.Н., Милейко С.Т. Кратковременная ползучесть. М.: Наука, 1970. 224 с.


Для цитирования:


Зарубин В.С., Зимин В.Н., Кувыркин Г.Н. Приближенный анализ нагружения внутренней стенки биметаллической оболочки камеры многоразового ЖРД. Аэрокосмический научный журнал. 2016;2(5):31-43. https://doi.org/10.7463/aersp.0516.0848243

For citation:


Zarubin V.S., Zimin V.N., Kuvyrkin G.N. An Approximate Analysis of the Inner Wall Loading of a Bimetallic Camera Shell of Reusable Rocket Engine. Aerospace Scientific Journal. 2016;2(5):31-43. (In Russ.) https://doi.org/10.7463/aersp.0516.0848243

Просмотров: 314


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2413-0982 (Online)