Диссертация (1025976), страница 13
Текст из файла (страница 13)
5.40. Видподконструкции №2, включающей вышеуказанные критические зоны, играничные условия приведены на Рис. 5.41.135Рис. 5.40.Модель подконструкции №2136Рис. 5.41.Подконструкция №2. Граничные условияВ подконструкцию №2 входят участки, где число ребер: 90, 150, 240 и300 соответственно. Для использования условия циклической симметриинеобходимо найти градусную меру секториального сегмента и число такихсегментов.137Наибольший общий делитель для чисел 90, 150, 240 и 300 (число ребер) 30.Число ячеекk nНОДШирина ячейки (канал + ребро)bя Dn,гдеbя - ширина ячейки (канал + ребро), ммn - число реберD - диаметр, ммШирина каналаbк bя bрbр 1 - ширина ребра, мм (по чертежу)Градусная мера ячейки3601 nГрадусная мера сектора c 1 kЧисло секторовnc 360cИсходные данные и результаты расчета приведены в Таблице 9.138Таблица 9.Исходные данные и результаты расчетаD, ммnbя , ммbк , мм1 , градkc , град62902.161.164312109.751502.301.302.45122012402.631.631.58122013002.101.101.210125.4.3.2.1.Конечно-элементная модель подконструкции №2Конечно-элементная модель подконструкции показана на Рис.
5.42. Числоузлов – 142601, количество элементов – 88960.Каналы охлаждения в конечно-элементной модели расчета стыка медногои стального участков огневой стенки камеры в сверхзвуковой части соплапоказаны на Рис. 5.43.Рис. 5.42.Стык медного и стального участков огневой стенки камеры в сверхзвуковойчасти сопла. Конечно-элементная модель139Рис. 5.43.Стык медного и стального участков огневой стенки камеры в сверхзвуковойчасти сопла. Каналы охлаждения в конечно-элементной модели5.4.3.2.2.Температурное состояние подконструкции №2В результате решения задачи теплопроводности получено распределениетемператур в подконструкции №2. На Рис.
5.44. и Рис. 5.45. показанотемпературное состояние на газогенераторном режиме, а на Рис. 5.46.,Рис. 5.47. – на стационарном режиме.140Рис. 5.44.Газогенераторный режим (захоложенная камера). Температурное состояниеподконструкции, 0СРис. 5.45.Газогенераторный режим (захоложенная камера). Температурное состояниеподконструкции, 0С141Рис. 5.46.Стационарный режим. Температурное состояние конструкции, 0СРис. 5.47.Стационарный режим. Температурное состояние конструкции, 0С1425.4.3.2.3. Напряженно-деформированное состояние подконструкции№2Врезультатедеформированноереализациисостояниеметодикивсехопасныхопределенозоннапряженно-подконструкций.Цветографические диаграммы эквивалентных пластических деформаций иэквивалентных напряжений на трех режимах работы для каждой изкритических зон представлены в Таблицах 10 - 12.Таблица 10.Эквивалентные пластические деформации и эквивалентные напряжения(зона А)Опасная зона АРежимыРежим IРежимIIЭквивалентные пластическиеЭквивалентные напряжения подеформации по МизесуМизесу, Па143Таблица 10 (окончание).РежимIIIИз результатов расчета следует, что наибольшее значение (7%)эквивалентные пластические деформации в стыке медного и стальногоучастков огневой стенки в сверхзвуковой части сопла (район сварного шва)принимают на стационарном режиме.
Остаточные эквивалентные пластическиедеформации по Мизесу в месте стыка равны 3.3% . Эквивалентные напряженияпо Мизесу в районе сварного шва в стыке на стационарном режиме дляматериала камеры составляют в среднем ~ 60…70МПа (42% от пределапрочности), а для материала проставки сопла составляют в среднем ~600МПа(64% от его предела прочности).Причинойпредставляютсязначительныхтемпературныепластическихградиенты,деформацийвызванныевстыкеразличиемкоэффициентов теплопроводности материалов огневой стенки и внутреннейпроставки сопла Коэффициент теплопроводности материала огневой стенкивыше, чем у материала внутренней проставки в 15 раз. Поэтому для сниженияпластических деформаций рекомендуется рассмотреть возможность заменыматериала проставки огневой стенки сопла [73].144Таблица 11.Эквивалентные пластические деформации и эквивалентные напряжения(зона В)Опасная зона ВРежимыРежим IРежимIIРежимIIIЭквивалентные пластическиеЭквивалентные напряжения подеформации по МизесуМизесу, Па145Таблица 12.Эквивалентные пластические деформации и эквивалентные напряжения(зона С)Опасная зона СРежимыЭквивалентные пластическиеЭквивалентные напряжения подеформации по МизесуМизесу, ПаРежим IРежим IIРежимIIIВ районе критического сечения наибольшее значение (1.5-1.7%)эквивалентные пластические деформации принимают на стационарном режимеОстаточные эквивалентные пластические деформации по Мизесу равны ~0.4%).146В районе критического сечения эквивалентные напряжения по Мизесу настационарном режиме составляют в среднем ~ 83МПа (~55% от пределапрочности материала при температуре ~ 500-5160С).Результаты расчета двух подконструкций приведены в Таблице 13.Таблица 13.Результаты расчета подконструкцийПодконструкцияПодконструкция №2№1СтыкОпасная зона Опасная зона Опасная зонаохлаждаемойАВСчасти с НРОМаксимальные эквивалентные пластические деформации поМизесу, %03.80.612.8771.60.63.33.40.4Максимальные эквивалентные напряжения по Мизесу, МПа1491070700745246600679482301518440184РежимыРежим IРежим IIРежим IIIРежим IРежим IIРежим III5.5.Выводы по главе 51.
По разработанной и описанной в главе 3 комплексной численнойметодике проведен термопрочностной расчет камеры сгорания исопловой части инновационного маршевого двигателя с кислороднымохлаждением.2. Решеназадачапараметровпоискатрактарациональныхохлаждения,конструкции были снижены.значенийблагодарячемугеометрическихнапряженияв1473. Полученычисленныерезультаты,позволяющиеоценитьвлияниепараметров на прочностные характеристики изделия.4. Реализован метод подконструкций с учетом циклической симметрии.Результатом расчета по упрощенной схеме являются перемещения вовсей конструкции. Узловые перемещения по границам подконструкцийзаданыпутеминтерполяциисоответствующихперемещенийосесимметричной задачи.
Рассмотрены две подконструкции. В качествепервой подконструкции рассмотрен стык охлаждаемой части сопла снасадком радиационного охлаждения. Вторая подконструкция включает всебя оставшиеся три критические зоны, а именно: стык развальцованнойоболочки камеры со сверхзвуковой частью сопла; тракт охлаждения вобласти критического сечения; стык медного и стального участковогневой стенки камеры в сверхзвуковой части сопла.5. Проведен уточненный поверочный расчет для трех режимов поупрощенной циклограмме запуска-останова с линейным переходоммежду характерными состояниями конструкции.6. Использование разработанной численной методики при проектированиикамер ЖРД показало ее эффективность, т.к.
позволило определитьрациональные значения геометрических параметров тракта охлаждения ипровести уточненный поверочный расчет НДС камеры, минимизируявременные затраты.148ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ1. Предложенакомплекснаяприкладныхметодика,программныхоснованнаякомплексовинаобъединенииавторскихпрограмм,позволяющая выполнить задачи анализа и синтеза конструкции камерыЖРД.2. Разработан алгоритм расчета напряженно-деформированного состояниякритическихзондополненногокамерыучетомнаосновециклическойметодаподконструкций,симметриипроектируемойконструкции.3.
СозданыпараметрическиепредназначенныедлямоделитиповойопределениякамерырациональныхЖРД,значенийгеометрических параметров тракта охлаждения.4. Разработанаавторскаяпрограммавычислениякоэффициентованизотропии 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 камеры сгорания исопловойчастимногофункциональногокислородным беззавесным охлаждением.маршевогодвигателяс149СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.
Аверин И.Н., Егоров А.М., Тупицын Н.Н. Особенности построения,экспериментальной обработки и эксплуатации двигательной установкиразгонного блока ДМ-SL комплекса «Морской Старт» и пути еедальнейшего совершенствования // Космическая техника и технологии.2014. №2(5). С. 62-73.2. Агеева Т.Г. Разработка методики проектирования теплонагруженныхэлементовконструкцийкрыльевсуборбитальныхмногоразовыхкосмических аппаратов: дисс.
на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. Москва.2017. 179 с.3. Алфутов Н.А., Зиновьев П.А., Попов Б.Г. Расчет многослойных пластин иоболочек из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1984.264 с.4. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение, 1981.392 с.5. БарсуковО.А.,СтриженкоП.П.РезультатыогневыхиспытанийОкислительного газогенератора ЖРД 11Д58МФ // Вестник Самарскогогосударственного аэрокосмического университета. 2014. Ч. 3. №5(47).С. 167-175.6.
Белкин А.Е., Гаврюшин С.С. Расчет пластин методом конечных элементов.М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 232с.7. Бидерман В.Л. Механика тонкостенных конструкций. Статика. М.:Машиностроение, 1977. 488 с.8. Борисов В.А. Разработка численной модели узлов крепления ЖРД: учеб.пособие. Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2013. 169 с.9. Борискин О.Ф. Суперэлементный расчет циклически симметричныхсистем.
Калуга: Эйдос, 1999. 230 с.10. Бульбович Р.В., Павлоградский В.В., Еременко П.П. Расчет напряженнодеформированного состояния тела из упругого ортотропного материала с150помощьюметодаконечныхэлементов//ВестникПНИПУ.модельтепловогоАэрокосмическая техника. 2015. № 40.
С. 92-103.11. ВоробьевА.Г.Экспериментально-теоретическаясостояния камеры сгорания двухкомпонентных жидкостных ракетныхдвигателей малых тяг, работающих на непрерывном режиме: дисс. насоиск. уч. ст. канд. техн. наук. Москва. 2010. 164 с.12. Гаврюшин С.С., Барышникова О.О., Борискин О.Ф. Численный анализэлементов конструкций машин и приборов. М.: Издательство МГТУ им.Н.Э.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
