Диссертация (1025494), страница 17
Текст из файла (страница 17)
5.18. Спектры боковой силы при поперечном обтекании (Vа – спектр силы FZ1 , б - спектр силы FZ2аб⃗0 =Рис. 5.19. Спектры нормальной силы при обтекании под углом 45○ (V⃗V3 ): а – спектр силы FY1 , б - спектр силы FY2аб⃗ 0 = ⃗V3):Рис. 5.20. Спектры боковой силы при обтекании под углом 45○ (Vа – спектр силы FZ1 , б - спектр силы FZ21425.5.3. Параметры переходных режимов колебанийДля определения параметров аэроупругих колебаний РКН, обусловленныхвихреобразованием от порыва ветра на стартовой позиции наибольший интереспредставляет исследование изменения главных координат, соответствующих 2 и 5формам собственных колебаний, поскольку именно в этих формах перемещениеРКН в ТПК существенно проявляется.Проведенные расчеты показали, что в исследуемой модели возможно⃗0 = ⃗ 5 .
При такомразвитие неустойчивых аэроупругих колебаний в случае, когда направленииветраРКНоказываетсязатененаСКистационарнаяаэродинамическая нагрузка от ветра практически равна нулю. Однако процессывихреобразования при обтекании СК, имеющей сложную форму с большимколичествомострыхкромоквызываютпульсацииветровойнагрузки,раскачивающие РКН уже при скорости ветра 0 = 12 м/с.Ниже, приводится сравнение откликов динамической модели по 2 и 5 тонам⃗0 = ⃗ 1 ветер набегает на РКН, однако вихревойдля двух направлений ветра. При резонанс не возникает. По 2й собственной форме, как видно из Рис. 5.21,наблюдается переходной режим затухающих колебаний к новому положениюравновесия, обусловленному действием стационарной ветровой нагрузки.
Ракета иСК отклоняются в направлении ветра. В направлении поперек потока по 5йсобственной форме возникают поперечные колебания РКН, вызванные срывомвихрей как показано на Рис. 5.21. Эти колебания имеют ограниченную амплитуду⃗0 = ⃗ 5 , когда ветер набегает на СК, по 2йи имеют характер биений. При собственной форме, как видно из Рис. 5.23, также наблюдается переход к новомуположению равновесия, обусловленному действием стационарной ветровойнагрузки. Под действием ветра СК отклоняется. ТПК с РКН также отклоняется,поскольку он связан с СК через захваты. В направлении поперек потока, какпоказано на Рис.
5.24 по 5й собственной форме возникают поперечные колебанияРКН, вызванные срывом вихрей.143абвдгРис. 5.21. Отклик по 2 тону при ⃗V0 = ⃗V1 : а) V0 = 8 м/с, б) V0 = 12 м/с,в) V0 = 13 м/с, г) V0 = 20 м/с, д) форма колебаний144V 8A0.40.30.20.10.00.10.20.324t, с106868t, с1068t, с1068t, с10аV 12A0.50.0240.5бV 13A0.50.0240.5вV 20A0.50.0240.5дгРис.
5.22. Отклик по 5 тону при ⃗V0 = ⃗V1 : а) V0 = 8 м/с, б) V0 = 12 м/с,в) V0 = 13 м/с, г) V0 = 20 м/с, д) форма колебаний145V 10A102468t, с1068t, с1068t, с1068t, с101234аV 12A10241234бV 13A102412345вV 20A0242468дгРис. 5.23. Отклик по 2 тону при ⃗V0 = ⃗V5 : а) V0 = 8 м/с, б) V0 = 12 м/с,в) V0 = 13 м/с, г) V0 = 20 м/с, д) форма колебаний146V 10A0.40.20.0248t, с1068t, с1068t, с1068t, с1060.20.4аV 12A0.80.60.40.20.00.20.40.624бV 13A1.00.50.0240.51.0вV 20A1.00.50.0240.51.0дгРис. 5.24. Отклик по 5 тону при ⃗V0 = ⃗V5 : а) V0 = 8 м/с, б) V0 = 12 м/с,в) V0 = 13 м/с, г) V0 = 20 м/с, д) форма колебаний147Как показано на Рис. 5.24 поперечные колебания для большинства скоростейветра также имеют характер биений с ограниченной амплитудой.
Однако прискорости 0 = 12 возникает рост амплитуды, продолжающийся до окончаниярасчета. Максимальная амплитуда главной координаты сравнима с амплитудойколебаний, возникающей при предельной скорости 0 = 20 м/с. При 0 = 13 м/срост амплитуды снова оказывается ограничен.На Рис 5.25 показаны спектры вынуждающей нагрузки (синяя линия) иотклика конструкции (зеленая линия), а также собственные частоты (красныелинии).
Видно, что при скорости ветра 12 м/с и направлении 180 происходитзахват частоты и резонанс.Обнаруженный ветровой резонанс возникает при скорости ветра, значениекоторой больше, чем предсказывает расчет по существующим нормам. Опаснаяскорость ветра совпадает с ограничением, введенным для РКН данного типа.Проведенный расчет позволил установить опасное направление ветра. Даннаяинформация может быть использована при принятии решения о пуске.По результатам расчетов был также проведен анализ максимальныхперемещений РКН в ТПК и СК, возникающих под действием ветра.
На Рис 5.26представленоположениехарактерныхузлов,длякоторыхвычислялисьперемещения. В ходе анализа рассматривались максимальные статическиеперемещения вершины СК (узел 1251), вершины РКН (узел 310) и вершины ТПК(узел 265) по осям Y, Z, а также их модуль = √ 2 + 2 в сравнении срезультатами расчетов [26]. В расчете [26] были найдены значения помаксимальному статическим перемещениям по осям Y и Z, и по результатамрасчета было принято, что максимальные перемещения вершины ТПК могутдостигать значения 54 мм. В данной диссертационной работе в характерном узле265 (являющимся вершиной ТПК) максимальное значение перемещений равно 44мм, что показывает адекватность полученных результатов в сравнении с даннымиотчета [26].148абвРис.
5.25. Спектры аэродинамической нагрузки и отклика конструкции:а) ⃗V0 = 10 м/с; б) ⃗V0 = 12 м/с; в) ⃗V0 = 20 м/с149Узел 310Узел 1251Узел 265Узел 1123Узел 573Рис. 5.26. Характерные узлы для анализа перемещенийНа Рис 5.27 показана зависимость абсолютных значений перемещений отскорости ветра в характерном узле РКН. Видно, что при увеличении скоростинабегающего потока также увеличиваются и абсолютные значения перемещений.Аналогичная картина наблюдается и на Рис.
5.28, на котором показана зависимостьабсолютных значений перемещений от скорости ветра в характерном узле СК.150Рис. 5.27. Абсолютные значения перемещений узла №310 РКНРис. 5.28. Абсолютные значения перемещений узла №1251 СК1515.6. Выводы по главе 51. Моделирование обтекания прототипа стартового сооружения РКН«Рокот» по разработанной методике показало, что даже при кратковременномпорыве ветра, имеющем постоянную скорости и направление могут возникатьопасные аэроупругие колебания с нарастающей амплитудой обусловленныепроцессами интенсивного вихреобразования, поскольку за период действия порываветра в спутный след успевает сойти около десяти крупных вихрей.2.
Процессы вихреобразования существенно влияют на спектр пульсацийветровой нагрузки, который оказывается полигармоническим. Динамическиехарактеристики упругой конструкции влияют на спектр пульсаций, вследствиечего задачу аэроупругости необходимо решать только в связанной постановке.3.
Развитие неустойчивых аэроупругих колебаний возможно в случае, когдаРКН находится в аэродинамической тени за стационарной колонной, чтообусловлено воздействие вихрей, сходящих с колонны на РКН.4. Найденная в расчете критическая скорость ветра 12 м/с, при которойвозникает вихревой резонанс, совпадает с ограничением, введенным для данногокомплекса при его проектировании. В расчете удалось определить опасноенаправление ветра, что может быть использовано при принятии решения о пуске.152Общие выводы и заключение по работе1.
Разработаннаяметодикачисленногоопределенияпараметровнелинейных нестационарных переходных режимов малых аэроупругих колебанийракеты космического назначения, в которой используется новая модификацияметодавихревыхэлементов,позволяетучестьвлияниепроцессоввихреобразования, возникающих вследствие порыва ветра на стартовой позиции.2.
Результаты численного моделирования аэроупругих колебаний профилейв плоскопараллельном потоке несжимаемой показывают, что взаимосвязь междувихреобразованием и колебаниями профиля может оказывать существенноевлияние на спектр частот аэродинамической нагрузки, режим движения профиля.3. Результаты численного моделирования обтекания потоком несжимаемойсреды пространственных конструкций, установленных на непроницаемом экране,показывают, что спектры нагрузок для упругой конструкции по сравнению саналогичной абсолютно жесткой конструкцией существенно меняются.4.
Результатычисленногомоделированияаэроупругихколебанийпрототипа РКН «Рокот» на стартовой позиции показывают, что для рассмотреннойРКН существуют опасные сочетания скорости и направления кратковременногопорыва ветра, при которых процессы интенсивного вихреобразования вызываютнарастание амплитуды колебаний.5. Предложенная методика за счет использования модификации лагранжеваметода вихревых элементов, в которой используется симметричный вортон отрезоки модель потока завихренности, позволяет существенно снизить машинное времяна проведение расчетов по сравнению с сеточными методами, что позволяетэффективно проводить серии расчетов для различных режимов обтекания и вдальнейших исследованиях перейти к решению задач с учетом случайныхфакторов.153Список литературы1.Агеев А.В.
Аэроупругость пролётных строений мостов: дис. … канд. техн. наук:05.23.11 / Агеев Алексей Владимирович. М. 2009. 177 с.2.Айрапетов А.Б. Новые аспекты аэродинамики ветрового нагружения высотныхзданий в мегаполисе, новые подходы и методические принципы исследований какисточник концепции формирования новых нормативов проектирования и строительства //Academia. Архитектура и строительство. 2010. № 3. С.
582-584.3.Айрапетов А.Б., Катунин А.В. Использование возможностей "электронной АДТ" вметодологии физического эксперимента в аэродинамических трубах // В сборнике:Материалы XXV научно-технической конференции по аэродинамике. 2014. С. 22-23.4.Айрапетов А.Б., Катунин А.В., Стрекалов В.В. Анализ аэродинамическихособенностей схем модельных стендов приэкранной аэродинамики в АДТ средствамиматематического моделирования // В сборнике: Материалы XXVII научно-техническойконференции по аэродинамике ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского.
2016. С. 24.5.Александров А.А., Драгун Д.К., Забегаев А.И., Ломакин В.В. Механикаконтейнерного старта ракеты при действии поперечных нагрузок // Инженерный журнал:наука и инновации. 2013. Вып. 3. URL: http://engjournal.ru/catalog/machin/rocket/632.html(дата обращения 30.03.2017).6.Андронов П.Р., Гувернюк С.В., Дынникова Г.Я. Вихревые методы расчетанестационарных гидродинамических нагрузок. М.: Изд-во МГУ, 2006. 184 с.7.Астахова Л.И., Астахов И.В., Юрченко К.В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
