Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 108
Текст из файла (страница 108)
1. Особую роль среди этих устройств играют графический дисплей, графопостроитель и планшет кодирования графической информации, так как графика— наиболее подходящая форма информации для восприятия конструктором. Графический дисплей позволяет отображать на экране электронно-лучевой трубки графическую информацию, содержащуюся в закодированном виде в памяти ЭВМ. При помощи светового пера, представляющего собой фотоприемник, положение которого вблизи экрана фиксируется в ЭВМ, можно рисовать на дисплее кривые, которые вводятся:в память ЭВМ. Планшет кодирования позволяет вводить в память с высокой точностью необходимые графические материалы, чертежи, схемы и т.
п. для последу1ащей математической обработки. Программное обеспечение вычислительного комплекса, используемого для автоматизации проектирования, можно разделить на системное н прикладное. Программное обеспечение в свою очередь состоит нз штатной операционной системы, поставляемой изготовителем вместе с ЭВМ, и системой (или общей) части программного обеспечения САПР. Пользователь современной ЭВМ взаимодействует с ней через посредство операционной системы, являющейся как бы программным продолжением машины, той средой, с которой общается пользователь.
Операционная система состоит из управляющих и обрабатывающих программ. Управляющие программы обеспечивают распределение ресурсов ЭВМ, ввод,и хранение информации, управление процессом выполнения задания. Обрабатывающие — предоставляют пользователю трансляторы с различных языков программирования и средства для создания библиотек программ, объединения различных программ, средства для работы с внешними запоминающими устройствами и др. В современных системах программирования, как правило, имеются трансляторы с основных распространенных языков высокого уровня; таких, как Алгол, Фортран, Кобол, Р1Я н др., а также с Ассемблера — машинно-ориентированного языка. Использование для разработки прикладных программ таких языков, как Фортран или Алгол, повышает производительность труда, увеличивает наглядность программы, облегчает ее отладку, хотя и приводит к некоторому снижению эффективности (больше машинное время и необходимая оперативная память) по сравнению с программами, написанными на Ассемблере квалифицированными программистами.
Кроме того, иопольаование языков высокого уровня делает программы существенно легче перемещаемыми с ЭВМ одной маврин на другую. Библиотеки стандартных программ, имеющиеся в рамках каждого языка, значительно упрощают программирование и позволяют получить более качественную программу. Прикладные программы, в том числе комплексы и пакеты, имеющие свою управляющую программу н входной язык, близкий к языку специалиста, а также и системы программ автоматизированного проектирования работают под управлением операционной системы.
Ниже рассматриваются однннзпрограммных комплексов и некоторые из описанных в литературе систем программ для проектирования двигателя или его узлов. 422Е КОМПЛЕКС ПРОГРАММ ДЛЯ РАСЧЕТА УДЕЛЬНОГО ИМПУЛЬСА РДТТ Создание эффективных прикладных программ является трудоемким делом и требует высокой квалификации специалистов для разработки физической и математической модели рассматриваемых процессов и программирования. Производительность труда при программировании оценивается величиной около 1000 команд на человека в год, хотя и имеется существенный разброс в производительности от одного исполнителя к другому — отличие в несколько десятков раз.
Рассматриваемый ниже комплекс * ориентировочно имеет объем 30 — 50 тысяч команд. Если учесть затраты на разработку физической модели, проверку ее и т. д., станет ясной высокая трудоемкость его создания. Не случайно этот комплекс был создан из разрозненных, ранее независимо в различных местах разработанных программ. Создавать их все в одном месте от начала было бы затруднительно и рискованно — отдельные методы, необходимые в системе, могут потребовать длительного времени для апробирования. Отметим, что рассматриваемый ниже комплекс создан спустя примерно 5 лет после создания отдельных входящих в него программ и через 10 лет после появления первых версий' этих программ. Ожидаемый реальный удельный импульс 1, определяется как термодинамический удельный импульс за вычетом потерь вследствие: запаздывания конденсата при разгоне в сопле; рассеяния потока; трения о стенки; теплоотдачи в стенки сопла; химической нерквновесности; изменения геометрии сопла вследствие эрозии горловины.
Блок-схема системы программ приведена на рис. 42.3. По каж. дой программе указана фирма-разработчик, либо автор программы. В ссылках цитируемой (см. сноску на стр. 510) работы указаны источники, в которых изложены методы и описаны программы, вошедшие в систему. В предыдущих главах подробно рассмотрены методы расчета всех составляющих величия, необходимых для определения 1 .
я вошедших в рассматриваемую систему. Как правило„они более обоснованы и точны, чем в цитируемой работе. Тем не менее, указанная работа является хорошим примером реализации возможностей современных ЭВМ. Остановимся кратко на описании основных положений этой системы. Идеальный удельный импульс рассчитывается на основе известных положений по программе (7) (см. рис. 42. 3), составленной для достаточно широкого круга химических элементов. Затем в сопле. заданной геометрии по программам (4) и (5) рассчитывает- 510 * А1АА Рарег, И 74 — 1201. Гладкая сдяэцющая прог— рамма упри дления ходом асчета переносного сдойстд газа ( НАэЯ /егчсэ Профилиродание сопла С7иуку/ / й Генераторрасчетнпйсетни (Нег сисеэ) Уукмерное однофа зное ч транездукпдое течение Непсисеэ ,йдокмерное однпфазное к соеркзоукпопе течение.
Ме~ппд характеристик 1 Рго гак/ Туреулентный погранич— ный слои (Непсисеэ/ Х и ми ческое ра бнобесие (/К4 о А/'/. е хчдз) Дбукмерное ддукфаэное В течение (Несси/еэ — Н/сеуе/,) Юдномерное дбукфаэное течение с учетом химической кинетики Входные данные по гпоплиду по геомепгрии Выходные данные потери на рассеяние потери на гпрение адеаланый /у п потери на эрозию теплобьге потери потери на птстабание частаи потери на кимическую нерадно десна сто ся трансзвуковое и сверхзвуковое течение равновесной двухфазной смеси, характеристики которой определены в блоке (7). В результате находят потери на рассеяние для равновесного течения. Затем по программе флигеля (блок 8) рассчитывается сверхзвуковое неравновесное двухфазное двухмерное течение с газом постоянного состава и частицами одинакового неизменного вдоль сопла размера.
На- чальные данные в трансзвуковой области определяются посредством приближенного расчета двухмерного транс- рас. саа клон.снема снсхемм программ ала расее- Звуковсго теяения нсраиноха / весной двухфазной смеси. Размеры конденсированных частиц ириннма1отся равными 0,55 максимально устойчивого размера по условиям аэродинамического дробления.
Учитывается вынос частиц на стенку сопла. В результате этих расчетов находятся потери на отставание частиц в двухмерном течении. Определяются онн следующим образом. Выполняются расчеты для нескольких фиксированных диаметров частиц так, чтобы рассчитанный удельный импульс можно было экстраполировать к значению диаметра, равному нулю. Разность между значениями удельного импульса при диаметре частиц, равном нулю, и диаметре, принятом за средний (0,55 от максимально устойчивого по дроблению), и дает величину «двухфазных» потерь 511 для двухмерного течемия.
Такая процедура потребовалась ввиду невозможности определения точного значения удельного импульса из-за приближенности начальных условий в трансзвуковой области. Потери на трение определяются по программе (6) как интеграл по стенке сопла осевой составляющей касательного напряжения трения. Такой способ вычисления потерь на трение, в отличие от способа определения толщины потери импульса, требует отдельного расчета потерь, связанных с теплоотдачей в стенку, что и выполняется той же программой с учетом и радиационных потерь тепла (6).
Суммарное количество тепла, отведенного от единицы массы продуктов сгорания, вычитается из теплоты образования топлива, и после повторного термодинамнческого расчета находятся потери па теплоотдачу. Потери вследствие эрозии горловины сопла определяются на основе термодинамического расчета для сопел с разной степенью расширения. Для учета химической неравновесности используется программа (9), которая позволяет учитывать более 750 различных химических реакций и определять потери удельного импульса в результате совместного учета фазовой неравновесности, влияющей на параметры газа, и химической кинетики в этих условиях. Найденные таким образом составляющие различных потерь суммируются и вычитаются из идеального удельного импульса.
Полученный ожидаемый реальный удельный импульс был сопоставлеп с экспериментальными значениями для 38 модельных, 16 натурных испытаний РДТТ и 21 холодной продувки различных сопел. Несмотря на неучет ряда известных эффектов, таких, как рост частиц в сопле, шероховатость стенок, вдув продуктов разложения со стенок и других, теоретические и экспериментальные данные совпадают с погрешностью не более 0,6%, и среднеквадратичное отклонение не превышает 0,37~о.
Рассмотренный,комплекс программ демонстрирует эффективность системного подхода, основанного на использовании возможностей современных ЭВМ. При расчете по разрозненным программам для получения результата требуется не менее 10 дней. При работе с системой программ, когда связующая программа управляет ходом расчета, обеспечивает хранение и передачу данных, запуск нужных программ, сводя к минимуму участие человека и ручную переработку промежуточных данных, сроки получения результата сокращаются до 1 — 2 дней, т. е.
на порядок. Для расчета удельного импульса ЖРД специально созданная в СШЛ межведомственная рабочая группа (1СКРСт) отобрала и усовершенствовала методы, применяемые различными фирмами для определения характеристик отдельных процессов, определяющих энергетические характеристики. В результате был создан комплекс программ, стандартизованы методы расчета, позволяющие учесть по отдельности и в совокупности следующие процессы: неравномерное распределение по сечению камеры соотношения компонентов топлива; 512 незавершенность процесса горения в результате неполного испареная капель (по опытным данным); двухмерность течения в сопле, контур которого корректируется на толщину вытеснения пограничного слоя; химическую неравновесность при расширении в сопле; трение и теплообмен.
42.4. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖРД В некоторых работах описаны системы, применяемые на стадии предварительного проектирования ЖРД, т. е. на стадии разработ- ки ТЗ и, возможно, на стадии технического предложения. Обгцнм принципом таких систем является оптимизация всех учитываемых в модели параметров двигателя с целью достижения максимума (минимума) целевой функции. В качестве целевой Нелинейный функции выбирается какой-либо внутренний а г Ф параметр двигателя, например, расход газа через турбину, минимальное давление на выходе из насоса, илн максимум давления в камере сгорания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
