Автореферат (Разработка методики расчета камеры перспективного ЖРД на основе метода подконструкций), страница 3

Однако экспериментальные результаты доказываютнеобходимость детального исследования НДС в критических зонахконструкции, уделяя особое внимание тракту охлаждения, т.к. утонениеогневой стенки является наиболее частой причиной нарушенияцелостности конструкции (Рис. 2).С целью проверки достоверности результатов, полученных поразработанной методике, проведено сравнение с известными решениями.На Рис. 6 представлены результаты расчетов камеры сгорания поразработанной и по упрощенной методикам.10Рис.

6. Зависимость изменения радиуса от давления в камере изависимость окружных напряжений в стенках от давления в камере: 1 –результаты В.И. Феодосьева, 2 – результаты по численной методике (1`, 2`– для огневой стенки; 1``, 2`` – для силовой оболочки)Дополнительно был проведен расчет камеры сгорания инновационногоЖРД с кислородным охлаждением по методике В.И. Феодосьева.Основной причиной расхождений в результатах является то, чтоупрощенная методика не позволяет проводить расчет на несколькихпоследовательных режимах работы и учитывать переменный уголзакручивания каналов охлаждения. С целью верификации результатов,полученных по разработанной методике, проведен расчет камеры скислородным охлаждением на 3 режимах работы двигателя(газогенераторном, стационарном и режиме останова) для разных конечноэлементных сеток.

Результаты приведены в Таблице 1.Таблица 1.Анализ сходимости конечно-элементных решений для подконструкцийСреднийразмерэлемента,мм0.40.30.80.6Подконструкция 1МаксимальныеМаксимальныеэквивалентные пластические эквивалентные напряжениядеформации по Мизесу, %по Мизесу, МПаРежим I Режим II Режим Режим I Режим II РежимIIIIII02.80.614924630102.70.7153251294Подконструкция 2 (опасная зона С)12.61.87454821840.92.42743489187В пятой главе представлена практическая реализация предложеннойметодики для расчета опытного образца камеры многофункциональногомаршевого двигателя с кислородным беззавесным охлаждением.

Общийвид камеры с указанием критических зон представлен на Рис. 7. Расчетпроведен на 3 режимах работы двигателя.11Рис. 7. Общий вид камеры многофункционального маршевого двигателя скислородным беззавесным охлаждением: I – подконструкция 1, стык снасадком радиационного охлаждения; II – подконструкция 2, A – стыкразвальцованной оболочки камеры со сверхзвуковой частью сопла, B –стык медного и стального участков огневой стенки камеры всверхзвуковой части сопла, C – район критического сеченияВ соответствии с предложенной методикой найдены рациональныезначения геометрических параметров тракта охлаждения. В Таблице 2 иТаблице 3 приведены результаты расчета для расширяющейся части сопла(плоская модель) и для критического сечения (3-D модель).Таблица 2.Рациональные геометрические параметры плоской моделиВарьируемые параметрыnt, ммh, ммh1, ммalpha, ˚12до оптимизации3001.21.31.20.882после оптимизации3212.22.42.40.880Таблица 3.Рациональные геометрические параметры 3-D моделиВарьируемые параметрыnt, ммh, ммh1, ммalpha, ˚gamma, ˚до оптимизации901.31.82.82.09075после оптимизации542.223.12.07940В Таблице 4 представлены результаты расчета максимальныхэквивалентных пластических деформаций и максимальных эквивалентныхнапряжений для двумерной и трехмерной моделей.Таблица 4.Результаты расчетаРасчетная модель2-D (тракт охлаждения врасширяющейся части сопла)Максимальные эквивалентныепластические деформации, %до оптимизациипосле оптимизации1.4270.9917Максимальные эквивалентныенапряжения, МПадо оптимизациипосле оптимизации3-D (тракт охлаждения врайоне критического сечения)14521119Анализ полученных результатов показывает, что изменениегеометрических параметров тракта охлаждения приводит к существенномуснижениювеличинмаксимальнойэквивалентнойпластическойдеформации и максимального эквивалентного напряжения.С помощью разработанного макроса найдены коэффициентыанизотропии приведенного материала для расчета по осесимметричноймодели.

Результаты расчета меридиональных, окружных и радиальныхперемещений для тестовой задачи для представительного элементареальной конструкции и представительного элемента конструкции сприведенным материалом показывают возможность использованиянайденных коэффициентов анизотропии для описания приведенногоматериала при расчете по упрощенной схеме осесимметричной оболочки.Следующий этап предложенной методики – расчет камеры по схемеосесимметричной оболочки, где тракт охлаждения заменен однороднойконструктивно-анизотропной сплошной моделью. Далее последовательно13решались стационарная задача теплопроводности и теплопрочностнаязадача. Результатом решения стационарной задачи теплопроводностиявляется распределение температур по всей оболочке, а теплопрочностной– перемещения для всех режимов работы двигателя.

На этапе расчетатрехмерных подконструкций полученные перемещения являютсякинематическими граничными условиями. Следующий этап методики –расчеттрехмерныхподконструкций.Созданымоделидвухподконструкций, охватывающие критические с точки зрения прочностизоны. Подконструкция 1 – стык охлаждаемой части с насадкомрадиационного охлаждения, подконструкция 2 включает в себя 3 другихопасных зоны (Рис. 7).

В результате решения стационарной задачитеплопроводности найдены распределения температур. Далее они былииспользованы при определении уточненного НДС для каждого из 3режимов. Результаты расчета НДС подконструкций приведены в Таблице 5Таблица 5.Результаты расчета подконструкцийРежимыРежим IРежим IIРежим IIIРежим IРежим IIРежим IIIПодконструкция 1Подконструкция 2Стык охлаждаемойОпаснаяОпаснаяОпаснаячасти с НРОзона Азона Взона СМаксимальные эквивалентные пластические деформации поМизесу, %03,80,612,8771,60,63.33,40,4Максимальные эквивалентные напряжения по Мизесу, МПа1491070700745246600679482301518440184Основные результаты и выводы1. Предложена комплексная методика, основанная на использованииприкладных программных комплексов и авторских программ,позволяющая выполнить задачи анализа и синтеза конструкции камерыЖРД.2. Разработаналгоритмрасчетанапряженно-деформированногосостояния критических зон камеры на основе метода подконструкций,дополненного учетом циклической симметрии проектируемойконструкции.143.

СозданыпараметрическиемоделитиповойкамерыЖРД,предназначенныедляопределениярациональныхзначенийгеометрических параметров тракта охлаждения.4. Разработана авторская программа вычисления коэффициентованизотропии конструктивно-анизотропной сплошной модели.5. Достоверность результатов, полученных по разработанной методике,подтверждена посредством сравнения с известными решениями ирезультатами. Показана сходимость результатов на разных конечноэлементных сетках.6. Методика использована при расчете опытного образца камерысгорания и сопловой части многофункционального маршевогодвигателя с кислородным беззавесным охлаждением.Список публикаций по теме диссертации1.

Короткая О.В. Определение коэффициентов анизотропии призамене реальной конструкции на конструктивно-анизотропную сплошнуюмодель // Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2017.№4(685)/2017. С. 57-66. (0.62 п.л.)2. Короткая О.В. Инновационная методика расчета и проектированиякамеры сгорания ЖРД // Инженерный журнал: наука и инновации, 2016. №12(60)/2016.

DOI 10.18698/2308-6033-2016-12-1560. Рег. № ФС77-53688.(0.87 п.л.)3. Короткая О.В., Гаврюшин С.С. Применение циклическойсимметрии и метода подконструкций в термопрочностном расчете камерысгорания ЖРД с кислородным охлаждением // Известия высших учебныхзаведений. Машиностроение, 2016. №1(670)/2016. С. 78-86. (0.56 п.л.

/0.45 п.л.)4. Применение метода подконструкций для термопрочностногорасчета камеры жидкостного ракетного двигателя: методические указанияк выполнению домашнего задания. / Короткая О.В. [и др.] // М.: МГТУим. Н.Э. Баумана, 2017. 64 с. (4 п.л. / 3.5 п.л.)5. Korotkaya O.V. Substructure Method for Thermal-Stress Analysis ofLiquid-Propellant Rocket Engine Combustion Chamber. World Academy ofScience, Engineering and Technology, International Science Index 88,International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial and MechatronicsEngineering, 2014, no. 8(4), pp. 734-737. (0.25 п.л.)6.

Использование метода подконструкций для термопрочностногорасчета камеры жидкостного ракетного двигателя / Короткая О.В. [и др.] //Инженерный журнал: наука и инновации, 2013. № 4(16)/2013. DOI:10.18698/2308-6033-2013-4-705. Рег. № ФС77-53688.

(0.62 п.л. / 0.38 п.л.)7. Короткая О.В. Использование метода подконструкций припроведении термопрочностного расчета сложных конструкций на примересопловой части ЖРД // Эл. журнал «Молодеж. научно-техн. вестник»,152013. №2. URL: http://sntbul.bmstu.ru/doc/548131.html. Рег. № ФС77-51038.(1.12 п.л.)8. Короткая О.В. Термопрочностной расчет сопловой части ЖРД сиспользованием метода подконструкций // Межд.