Автореферат (Анализ и оптимизация пневматического спасательного линеметательного устройства)

На правах рукописи_____________Пискунов Владимир АлександровичАНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГОСПАСАТЕЛЬНОГО ЛИНЕМЕТАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВАСпециальность 05.02.02 — Машиноведение, системы приводов и деталимашинАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукСанкт-Петербург – 2018РаботавыполненаобразовательномвФедеральномучреждениивысшегогосударственномобразованияавтономном«Санкт-Петербургсi<ийполитехнический университет Петра Великого» на кафедре «Машиноведение иосновы конструирования»доктор физико-математических наук, доцент,Научный руководитель:Беляев Александр Константинович , ФГБУН«ИнститутРоссийскойпроблемАкадемиимашиноведенияНаую>,г.Санкт­Петербург .Официальные оппоненты:Шароватов Валерий Тимофеевичд.т.н. по специальности05.02.02 -Машиноведение, системы приводов и деталимашин, профессор кафедры «Системы приводов,мехатропика и робототехника», ФГБОУ ВО«Балтийский государственный техническийуниверситет "ВОЕНМЕХ" им.

Д.Ф. Устинова»Фрумен Александр Исааковичк.т.н. по специальности05.08.01- Теория корабляи строительная механика, профессор кафедры«Строительная механика корабля», ФГБОУ ВО«Санкт-Петербургский государственный морскойтехнический университет»Ведущая организацияФедеральное государственное автономноеобразовательное учреждение высшего образования«Санкт- Петербургский национальныйисследовательский университет информационныхтехнологий, механики и оптики».Защита состоитсяЗО октября 2018г. всовета Д212.229.12университетПетраПолитехническая ул.16часов на заседании диссертационногов ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехническийВеликого»29,поадресу:главное здание, аудитория195251,118.С диссертацией можно ознакомиться на сайтефундаментальнойбиблиотекеФГАОУВОСанкт-Петербург,(http://www.spbstu.ru)и в«Санкт-Петербургскийполитехнический университет Петра Великого».Автореферат разосланУченый секретарь~~диссертационного советаД212.229.12, к.т.н.,«_ _ » _ _ _ __ _2018профессор//11г.Евграфов Александр НиколаевичОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы.

В настоящее время важной задачей машиноведенияявляется создание эффективных пневматических метателей, позволяющихиспользовать энергию сжатого газа для разгона тел. Один из таких метателей –морской спасательный линемёт. Это особо важное устройство, поскольку отнего напрямую зависит жизнь и здоровье людей в случае чрезвычайныхситуаций. Линеметательное устройство предназначено для переброскиспасательного линя на судно или спасательного жилета тонущему человеку нарасстояние более 260 м.

Также линемёты применяются в горной местности и приработе в экстремальном климате.В настоящее время только линемёт «ИСТА-240» сертифицированРоссийским Морским Регистром Судоходства. Однако эксплуатация приборапоказала наличие технических отказов, приводящих к полной потереработоспособности. Для усовершенствования существующих и улучшенияхарактеристик вновь проектируемых устройств необходимо проведениенаучных исследований, которые позволят повысить надежность линемёта,обеспечить соответствие Международной конвенции по охране человеческойжизни на море СОЛАС 74.Анализ существующей конструкции линемёта, математическоемоделирование его работы, оптимизация параметров, а также верификациярезультатов расчета представляют большой практический и научный интерес.Цель работы.

Анализ конструктивных элементов пневматическоголинемёта, разработка методов расчета деталей и узлов линемёта, позволяющихоптимизировать его параметры для повышения надежности, технологичности иконкурентоспособности на мировом рынке.Задачи исследования1. Анализ отказов при эксплуатации линемёта, оценка их значимости.2. Построение математической модели и расчет динамики системы теллинемёта.3. Анализнапряженно-деформированногосостоянияколпакабыстродействующего клапана при ударе.4. Анализ прочности деталей быстродействующего клапана линемёта.5.

Создание экспериментального стенда и проведение исследований,позволяющих установить характер влияния параметров линемёта надинамику разгона снаряда в стволе.6. Выработка рекомендаций по оптимизации линемёта.Основные положения, выносимые на защиту1. Постановка и решение задачи динамики тел линеметательного устройства.2. Методика нахождения модулей упругости композита со сферическимивключениями.3. Математическая модель и расчет удара тел быстродействующего клапаналинемёта.34. Анализнапряженно-деформированногосостояниядеталейбыстродействующего клапана линемёта в статической и динамическойпостановках.5.

Верификация расчетных данных путем экспериментального исследованиявнутренней баллистики в пневматическом линемёте.Методы исследования. Основой математического моделирования вдиссертационной работе является лагранжева механика твердых и упругих телв сочетании с компьютерной математикой и экспериментальнымисследованием.Степень разработанности темыДоступныхлитературныхисточниковпопневматическимлинеметательным устройствам крайне мало ввиду узкой направленностиизделия, к тому же информация о зарубежных устройствах, ResQmax, RestechNorway, составляет коммерческую тайну.Существующие инженерные решения для пневматических разгонныхустановок представлены в работах отечественных ученых, но применяемые вних математические модели непригодны для исследования быстродействующихпроцессов, протекающих в пневматических линемётах.Однако в литературе хорошо освещен ряд смежных теоретическихисследований, используемых в данной работе.Проблемы динамики пневматических клапанов, связанные суменьшением времени срабатывания, изучаются совместно с вопросамипроектирования ударных труб.

Такими работами занимались Р.Л. Петров, С.В.Булович, В.Г. Бакута, K.J. Babcock, S.G. Rubin, R.C. Xin, В.И. Звегинцев.В быстродействующих клапанах особую роль играет материалзапирающей детали, поэтому главная деталь клапана линемёта – колпак,выполнен из композита. Проблемам механики композитов посвящены работыР.Кристенсена, Б.Нотона, Б.Е. Победри, Дж. Седнецки, Т.Д. Шермергора.Применяемой в диссертации лагранжевой механике и теории оболочекпосвящено большое количество трудов, и прежде всего, работы А.И.

Лурье, В.В.Елисеева, Я. Г. Пановко.Теоретическая основа математического моделирования в данной работебазируется на книгах А.И. Лурье, Л.Г. Лойцянского, С.П. Тимошенко,Ю.Н. Работнова, Ф.Р. Гантмахера, А.Л. Гольденвейзера, В.Л. Бидермана. Внастоящее время полученные в результате моделирования уравненияэффективно решаются методами компьютерной математики.Вопросами проектирования новых моделей пневматических линемётов внастоящее время занимаются С.Н. Исаков и С.В. Юркин.Научная новизна1.

Разработана методика расчета динамики разгона произвольного метаемоготела для пневматического линемёта.2. Предложена и реализована новая методика расчета эффективных модулейкомпозита со сферическими включениями.3. Предложена методика расчета полета снаряда линемёта как тела переменноймассы.44. Исследованы волновые процессы, возникающие при ударе коническойоболочки, и механические напряжения с использованием дифференциальныхуравнений лагранжевой механики тонких оболочек.5.

Исследовано влияние геометрических параметров линемёта на скоростьснаряда на срезе ствола линемёта.Достоверность результатов диссертационной работы обеспеченакорректным применением уравнений механики и теории упругости,использованием проверенных алгоритмов компьютерной математики, а такжехорошимсоответствиемрезультатоврасчетасполученнымиэкспериментальными данными.Соответствие паспорту специальности диссертационной работы имеетместо согласно п. 4 паспорта специальности 05.02.02 «Машиноведение, системыприводов и детали машин»: «Методы исследования и оценки техническогосостояния объектов машиностроения, в том числе на основе компьютерногомоделирования». Родственными и смежными являются специальности: 01.02.04(Механика деформируемого твердого тела), 01.02.06 (Динамика, прочностьмашин, приборов и аппаратуры), 01.02.05 (Механика жидкости, газов и плазмы),05.02.11 (Методы контроля и диагностики в машиностроении).Практическая ценность состоит в разработке методики расчета разгонатела в стволе линемёта, математическом моделировании и расчете всех этаповработы линемёта «ИСТА-240», создании испытательных стендов, определенииобласти оптимальных конструктивных параметров, а также разработкечисленных алгоритмов для проведения расчета параметров пневматическихустройств в программе MathCad.Апробация работы.

Результаты работы докладывались на1. Научно-практической конференции «Неделя науки СПбГПУ. ИММиТ». –СПб, 2014.2. Конференции «Современное машиностроение. Наука и образование». – СПб,2014.3. Научно-практической конференции «Неделя науки СПбПУ. ИММиТ».

–СПб, 2015.4. Конференции «Современное машиностроение. Наука и образование». – СПб,2016.5. Научно-техническом форуме «Корабельная энергетика». – СПб, 2017.6. Двух научных семинарах ИПМаш РАН. – СПб, 2017.Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в11 статьях, в том числе в 2-х, изданных в журналах из списка ВАК РФ.Структура и объем диссертацииРабота состоит из введения, 4 глав и заключения. Ее суммарный объем 118с., основной текст занимает 101 с.

В списке цитируемой литературы 104наименования. Работа содержит 58 рисунков, 6 таблиц и 4 приложения.5СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,сформулированы цель и задачи, показана научная новизна исследования,представлены основные положения, выносимые на защиту. Приведено описаниедиссертационной работы.В главе 1 подробно рассмотрены существующие пневматические ипороховые линемёты. Представлен обзор их конструкции и принципа действия.Линемёт «ИСТА-240» (рис. 1), смоделирован в среде SolidWorks, и с помощьюэтой модели подробно описан принцип работы устройства.Рисунок.