Автореферат (1143922), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

(17)2cccc здесь Ф – функция единичного скачка. Имеем две волны: первая приходит вмомент времени t1  x / c , вторая – в момент t2   x  2h  / c . Далее найденынапряжения в клапане:xvR   x  2h    x, t      t      t (18) ,2  cc где R  3с – волновое сопротивление.

Напряжения равны отрицательнойконстанте vR / 2 в промежутке t1  t  t2 и равны нулю вне этого промежутка.Длительность   t2  t1  2  h  x  / c . Ударный импульс напряжения равен (прих  0)(19)J   vR / 2  3vh.Формула (19) использована далее при расчете напряженного состояния колпака.Для этого колпак моделируется конической оболочкой Кирхгофа (рис. 6),использована лагранжева теория тонких оболочек.Для осесимметричной деформации конической оболочки компонентытензора деформаций имеют вид   1u ,   s sin , u  ul sin  un cos ,  l  ul, l  un ,(20)    1l sin   2u cos ,  l   l, ...  '  d / ds.eρnlsψeθyθ ρρxРисунок. 6.

Модель конической оболочкиВыражения для кинетической и потенциальной энергий оболочки:11zL П2dO  2 sin  П2 sds,O0Eh  2h2 222 П2 22 ,llll122 1   2  (21)где L – длина образующей. Реализуя вариационный подход Лагранжа-РитцаКанторовича, перемещения были аппроксимированы:ul  q0 cos  q1s  q2 s 2 , un  q0 sin  q3s  q4 s 2 .(22)Пять коэффициентов аппроксимаций, составляющих столбец q, – неизвестныефункции времени. Это обобщенные координаты оболочки как механическойупругой системы.

Для их нахождения использованы уравнения Лагранжа вматричной форме: K  K П(23) q   q  q  Mq  Cq  Q(t ),где М и С – матрицы инерции и жесткости. Столбец обобщенных сил Qопределяется по виртуальной работе нагрузок. Выведенная система ОДУ (23)решена численно посредством Mathcad. Далее были найдены меридиональное иокружное напряжения (по аналогии с пластиной) 6 6     2 , l  l  2 l ,(24)hhh hгде   , l ,  , l – компоненты силового и моментного тензоров в оболочке. Нарис. 7 показаны зависимости этих напряжений от времени, полученныерасчетным путем.40Напряжение,МПаНапряжение,МПа4000-40-4000,3Время, мс00,6300-3000,30,6(b)Напряжение, МПаНапряжение, МПа(a)0,3Время, мс0,680-800,30,6Время, мсВремя, мс(d)(с)Рисунок. 7.

Зависимости напряжений в конической оболочке от времени: окружное (a) имеридиональное (b) на внутренней поверхности, окружное (с) и меридиональное (d) навнешней поверхностиМаксимальное значение напряжений не превышает 40 МПа, что меньшедопустимо возможного значения 65 МПа для ПОМ С27021 марки GV 3/30.12Для оценки прочности деталей линемёта была использована CAEпрограмма SolidWorks Simulation. Методом конечных элементов найденонапряженно-деформированноесостояниедетали«Стакан»ибыстродействующего пневматического клапана линемёта (рис.8).Возникающиеприэтоммаксимальные напряжения оказалисьменьше предела текучести, что позволяетсделать вывод об обеспечении прочностидеталей клапана.Глава4посвященаэкспериментальномуисследованиюлинемёта «ИСТА-240».

Для этого былсоздан экспериментальный стенд, схемакоторого представлена на рис. 9. ДаннаяРисунок. 8. Поле эквивалентныхустановкапозволяетисследоватьнапряжений по критерию Мизесаклапана линемётадинамику клапана и внутреннююбаллистику.Рисунок. 9. Схема испытательного стендаПосле того, как электрический сигнал подается на катушку, происходитпереключение штока распределителя. Сжатый газ из полости управленияпусковым клапаном сбрасывается в атмосферу. Одновременно с этим сжатыйвоздух по переключенной магистрали поступает под золотник, поднимаяпоследний. Открывается сбросовое отверстие, соединенное с управляющейполостью быстродействующего клапана линемёта, и начинается сброс воздуха.В момент, когда разница давлений в управлении и рабочей камере имеетотношение 1/3, происходит открытие КК, и сжатый воздух, поступающий из ПУразгоняет снаряд в стволе. Контроль скорости производится по перекрытиюсветового потока оптических датчиков на хронографе.

В конце выстреладемпфирующий материал гасит скорость снаряда.Сигнал с пьезоэлектрических датчиков поступая на АЦП преобразуется ивыводится на монитор в виде осциллограмм. В зависимости от различнойкомпоновки датчиков давления на стенде можно снимать следующиеосциллограммы:падение давления в рабочей камере ПУ и в управляющей полости;полный напор основного клапана;давление переключения пускового клапана и ПЭК.На стенде были проведены опыты, исследовавшие зависимость скоростиснаряда на срезе ствола от давления в ПУ, величины протечек казенного13давления и массы снаряда (рис.10).

Полученные результаты сравнивались стеоретическими расчетами.(b)(a)Рисунок. 10. Зависимость скорости снаряда на срезе ствола от давления в ПУ (a) и егомассы (b)Из рис. 10a видно, что при малом давлении (менее 1 МПа) расхождениерезультатов значительное. На участке от 2 до 4 МПа результаты практическисовпадают. График 10b показывает совпадение экспериментальной и расчетнойзависимостей в диапазоне значений массы от 0,55 кг до 0,75 кг.Изучение влияния протечек казенного давления на скорость снарядапоказало, что протечки слабо влияют на внутреннюю баллистику метаемоготела, следовательно, зазором между стволом и контейнером можно пренебречь.Дополнительно на стенде было изучено влияние геометрии седла на времяоткрытия основного клапана.

Было спроектировано новое кольцевое седло (рис.11), которое показало улучшенный результат по сравнению с предыдущим на42%. Дополнительно была сделана стандартизация изделий и переход к типовымдеталям, изготавливаемым по ГОСТу.(a)(b)Рисунок. 11. Конструкция седла старого (a) и нового (b) типаДля исследования статистики срабатывания пневматического клапаналинемёта «ИСТА-240», а также изучению влияния загрязненностииспользуемого сжатого воздуха, был спроектирован дополнительныйэкспериментальный стенд.

Основной функцией установки являлось повторноесрабатывание клапана при определенном давлении в ресивере, а также14фиксирование количества выстрелов на электронном счетчике. Осуществлялисьзамеры зазора между КК и направляющей до и после испытаний, после чего параустанавливалась на линемёт и проводились дальнейшие лабораторныеисследования.За время испытаний в течение трёх месяцев количество пусков клапанасоставило 335470, что в значительной мере превышает необходимое число поТУ641830-129-11143263-2002 (1000 пусков).В заключении перечислены основные результаты работы:1.

Проведено исследование технических отказов линемёта «ИСТА-240». Наосновании данного анализа предложены методики расчетов деталей и узловлинемёта, позволяющие улучшить функциональные характеристики.2. С помощью лагранжевой механики построены математические моделидинамики тел линемёта для трех этапов выстрела. Составлены уравнения инайдены их численные решения средствами компьютерной математики.Скорость КК в момент удара с направляющей составила 108,5 м/с. Скоростьштатного снаряда линемёта «ИСТА-240» на срезе ствола при выстреле 83,8 м/с.Модель полета снаряда как тела переменной массы с учетом деформациирастяжения линя показала дальность заброса 279 м.3.

Предложена модель удара деталей быстродействующего клапана как слоя иполупространства. Получено аналитическое решение задачи операционнымметодом с преобразованием Лапласа. Определен ударный импульс колпакаклапана.4. Поставлена и решена задача о динамике колпака линемёта. Выполнен расчетнапряженно-деформированного состояния колпака как конической оболочки.Математическая модель построена на основе уравнений лагранжевой механикитонких оболочек. Определены окружные и меридиональные напряжения наобеих поверхностях оболочки, максимальные значения которых составили40МПа.

Проведен расчет быстродействующего клапана МКЭ, максимальныезначения напряжений не превышают предела текучести.5. Спроектированы и изготовлены два экспериментальных стенда. Первыйпозволяет смоделировать выстрел в лабораторных условиях, обеспечиваяизучение внутренней баллистики линемёта. Получены экспериментальныезависимости скорости снаряда на срезе ствола от начальных параметров. Спомощью второго стенда была получена статистика срабатывания узлапневматического клапана линемёта на промышленном давлении. Количествовыстрелов составило 335470.6. Разработаны рекомендации по оптимизации линемёта «ИСТА-240». Потехнологическому критерию – изготовление деталей снаряда может бытьвыполнено не по 8 квалитету как ранее, а по 11, что в значительной степениупрощает технологию.

Оптимизация материалов – предложен перспективныйматериал для изготовления колпака клапана ПОМ С27021 марки GV 3/30, длякоторого расчетные напряжения в момент удара на 38% меньше пределатекучести. По оптимизации конструкции – новая геометрия седла позволяетклапану открываться на 42% быстрее, что повышает эффективность прибора.15Также предложенная замена стандартизирует седло, т.к. исполняется по ГОСТ9833-73.Список публикаций по теме диссертацииВ изданиях из перечня ВАК:1. Елисеев, В.В. Cпасательные линемёты: математическое моделирование иэкспериментальные исследования / В.В. Елисеев., В.А. Пискунов // ИзвестияСамарского научного центра РАН.

Характеристики

Список файлов диссертации