Preview

Аэрокосмический научный журнал

Расширенный поиск
Том 2, № 5 (2016)
https://doi.org/10.1234/aersp.0516.

АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА

1-15 221
Аннотация

Рассматривается метод расчета теплового потока от горячих продуктов детонационного горения внутрь пористого покрытия, и оценка эффективного слоя этого покрытия, приводящего к замедлению фронта пламени в пренебрежении поперечного смещения массы продуктов горения водородно-воздушной смеси.

Проведена оценка начальных термодинамических параметров продуктов горения на поверхности пористого покрытия. Определена температура торможения потока.

Поставлена задача расчета теплового потока внутрь цилиндрического длинного металлического волокна радиуса 15 мкм. По справочным значениям теплоемкости и теплопроводности сделана оценка температуропроводности в широком диапазоне температур. Для удобства расчета параметров приведена аппроксимационная зависимость.

Приведен алгоритм расчета с использованием явной четырехточечной схемы. Обоснована сходимость и достоверность результатов. Для подтверждения достоверности результатов была сделана теоретическая оценка с использованием цилиндрических функций Бесселя.

С использованием фотографий движения фронта детонации и горячих продуктов сгорания проведена суммарная оценка тепловых потерь. На основе сравнения суммарных тепловых потерь и количества энергии, поглощенной одиночным волокном сделано заключение об эффективной толщине пористого покрытия, приводящей к затуханию детонационной волны.

16-30 344
Аннотация

Введение

Предметом исследования в работе является топологическая оптимизация проставки переходного отсека космического аппарата. Обоснована актуальность применения конечно-элементной топологической оптимизации [1] и приведены примеры применения её в практике [6,7]. Утверждается, что используя этот метод совместно с аддитивными технологиями (3д-печать) возможно создать конструкции с лучшими весовыми характеристиками. Целью исследования является изучение параметров алгоритмов топологической оптимизации и влияние их вариаций на получаемую конструкцию.

1. Описание задачи

Численные расчёты проводились в коммерческом программном комплексе Altair HyperWorks/OptiStruct. Подробно описана конечно-элементная модель исследуемого объекта.

Основные особенности предложенной модели:

–       простата, не имеет сложной геометрии;

–       построение конечно-элементной модели с учётом минимизации машинного времени;

–       использование сосредоточенных масс для моделирования воздействий сопряженных объектов на проставку;

–       сниженный на порядок предел прочности материала для устранения концентраторов напряжения;

–       использование максимальных перегрузок, действующих со стороны РН Ангара А5 [8].

2. Метод решения

Приведено краткое описание SIMP-метода, используемое в программе.

3. Полученные результаты

Проведены численные расчёты и показано влияние вариаций параметров алгоритма (DISCRETE, MATINIT, MINDIM, MAXDIM) на конструкцию, а также использование параметров SINGLE и SPLIT, показывающие ограничения на производство.

Показано, что в зависимости от вариаций параметров проставка стремится к ферменной или оболочной конструкции. Описано, как проконтролировать размеры получаемых стенок, стержней, а также как получить нужный тип конструкции.

Проведён проверочный расчёт на прочность, доказывающий работоспособность конструкции. Результаты исследования сведены в таблицу.

4. Заключение

Полученные результаты говорят о необходимости варьирования параметров алгоритма топологической оптимизации. Получилось несколько вариантов рациональной конструкции, которые будут в дальнейшем более детально оптимизированы (оптимизация формы и размеров) и проработаны в CAD-системе.

В результате работы расчётную массу конструкции удалось снизить более чем на 30%.

31-43 314
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.



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


ISSN 2413-0982 (Online)