Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 109
Текст из файла (страница 109)
* Оеоиень Ооигителя В других работах за целевую функцию при- р мжс* нят полезный груз, выводимый ступенью, или приращение скорости. ** Вклад отдельных проектных параметров двигателя, таких, как длина и диаметр ка- меры сгорания, соотношение компонентов, конструкция форсуноч- ной головки и др., учитывается через их включение в специальную штрафную функцию, которая и минимизнруется. Для идеального двигателя значение этой функции равно нулю. Отличительной чер- той системы является определение показателей устойчивости про- цесса горения и включение их в целевую функцию. На рис. 42.4 показана схема выбора параметров двигателя.
Модель двигателя строится по модульному принципу н включает в себя программы (модули) для расчета характеристик рассматри- ваемых процессов и основных узлов двигателя: газогенератора, турбины, насосов, камеры сгорания, сопла. Глубина этих расчетов различна, но в принципе возможно иметь как программы быстро работающие, основанные на приближенных зависимостях, так и детальные, подобные рассмотренным в предыдущем разделе, кото- рые используются на стадии анализа выбранной конструкции. ! ! венооные каоантеоиетини 4о ( йаоакгетоог гооента ' А!АА Ререг, №?2 — 11ЗЗ.
нн Наиги1аьг11игзсйапд, 1974, ю 18, № 1. й13 Так или иначе, имеется математическая, программная модель двигателя, входом в которую служат исходные проектные параметры, в количестве до нескольких десятков, выходом — значение целевой функции, определенное в результате полного расчета характеристик элементов и процессов в двигателе. Блок оптимизации содержит набор процедур, предназначенных для определения значений проектных параметров, обеспечивающих экстремум целевой функции при учете ограничений. Обычно используется набор программ, каждая из которых может быть применена прн необходимости.
В настоящее время в системе математического обеспечения ЭВМ, как правило, имеются различные программы оптимизации. Не останавливаясь на методах нелинейного программирования, отметим, что по этому вопросу имеется обширная литература. Итак, вектор проектных параметров а является входом в модель системы, результатом работы которой является функция качества Ф. Модуль оптимизации получает функцию качества от модуля мотели системы.
Затем модуль оптимизации генерирует новый вектор проектных параметров, и цикл вычислений а повторяется до тех пор, пока не будет получен оптимальный вариант, характеризуемый функцией качества Ф*. Использование программных комплексов, подобных приведенным выше, обеспечивает возможность учета часто противоречивых требований, предъявляемых к энергетическим характеристикам, устойчивости процесса и др.
Необходимо подчеркнуть возможность расширения набора расчетных модулей, что обеспечивает возможность совершенствования модели, приспособления ее к новым задачам. 42.5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОПЕЛ РДТТ Сопло РДТТ является напряженным и ответственным элементом, во многом определяющим характеристики двигателя. В процессе создания твердотопливной ракеты приходится неоднократно оценивать различные конструкции сопел, определять их массовые, моментные, габаритные, энергетические и другие показатели.
При этом требуемая точность может быть получена только при детальной конструктивной проработке. Использование разного рода статистических, эмпирических зависимостей не дает удовлетворительного результата, так как необходимо учитывать слишком много переменных, а для этого бывает недостаточно данных. Для примера охарактеризуем комплекс программ, ориентированных на проработку конструкции большого количества вариантов сопел с использованием средств диалоговой машинной графики ~. При постановке задачи было выдвинуто требование, чтобы система была достаточно простой в работе и доступной неспециалисту и в то же время удовлетворяла повышенным требованиям ияженеровконструкторов.
Решение этих противоречивых требований было А1АА Рарег, № 99 — 975; № 72 — 1190. 514 получено на основе использования предварительных заготовок основных решений. Пользователь может задать сам с пульта все необходимые ему величины (их несколько сотен — геометрия, материалы, толщины и пр.). Если он для какнх-то величин этого не делает — программа принимает некоторые поминальные значения. Нэпример, если тип профиля сопла не указан, будет выбран конус с углом 15". Если указано, что сопло профилированное, но нет более детальных указаний, будут выбраны углы входа и выхода 23 и 13' соответственно.
Этот принцип аналогичен принципу умолчания в современных языках программирования — на место нс заданных пользователем условий автоматически подставляются некоторые номинальные, которые предполагаются наиболее употребимыми. Конструктор, работающий с системой, может ввести целиком конструкцию сопла, если ему нужно точно рассчитывать массу, центр'тяжести, момент инерции, эрозию, обугливание, прогрев и т. д. Эта конструкция может использоваться также в качестве первого приближения для дальнейшего параметрического исследования ее «чувствительности» к изменениям отдельных переменных.
Предусмотрены следующие возможности при выборе конструкции сопла. Тип сопла — утопленное или внешнее. Системы управления вектором тяги — подвижные сопла (3 тина) и при помощи систем впрыска, вдува, использования щитков. Подвижные сопла в свою очередь делятся по расположению оси вращения, линии разъема, характеру сил между фиксированной и подвижной частями. Системы для управления вектором тяги с помощью вдува горячих газов могут быть четырех различных типов.
Форма профиля сверхзвуковой части сопла — конус или профнлированное сопло. Всего на основе принятых схем конструктивных решений может быть синтезировано 100 вариантов сопел. Система программ дает возможность получить конструкцию сопла для любого из выбранных вариантов, удовлетворяющего следующим проектным параметрам: тяга двигателя, давление в камере сгорания, геометрическая степень расширения сопла, время работы, максимальное значение угла отклонения вектора тяги, состав топлива. Кроме того, система позволяет создавать конструкцию, оптимальную.в смысле,различных условий, на~пример, «на~именьшая стоимость при ~выполнении ряда особых требований», «наименьшая стоимость без превышения удж~ьной массы конструкции» н т.
п. Программы, позволяющие рассчитывать все 100 предусмотренных комбинаций, собраны в 12 модулей, которые разбиты на 3 группы в соответствии с обычными тремя этапами процесса проектирования сопел: 1) газодинамическое проектирование, 2) тепловое проектирование, 3) конструирование. Распределение этих основных программных модулей по трем группам показано на рис. 42. 5. На этапе газодинамического проектирования профилируются входная часть, горловина и сверхзвуковая часть сопла„ обеспечивающие необходимые характеристики.
Способы профилирования, 515 ОБолочка конструкиии и карактериппи- ки азади на ми ческпе праектиродание Газодинамическое проектиродание расширяюиьейся части Газоди нами ческое проектиродание ухо- да и горлодингчутап- леннсгп сопла Га подина мическае прпектиродание дха- да и горлодинт днеаь- него сопла Праектиладание пснод— ньи и дпнопнительньтк . теллоизйлируют4ик прон- паоок Теппадое прогктирадание ~Проектиродание дкладьтша для горлодины сопла ~ Проентирадание шР родоса шарнира Г Проектирпдини ! ги нагл уплотнен ГГПрпекти !даннпга Конструирпдание Рмс.
42.Б. Ос»атоме протреммм и оосеекоеетсоыемть ороеетоото расчета сопла РДТТ используемые в рассматриваемой работе, .принципиально не отличаются от изложенных в гл. ХХХ!Ц. Отметим лишь, что для сверхзвуковой части сопла использована аппроксимация «точных» профилей дугой окружности, выполненная заранее и позволяющая сократить машиное время ЭВМ. Тепловое проектирование состоит нз трех основных этапов: проектирования абляционного покрытия или слоев, подвергаемых эрозии; проектирования дополнительных теплоизолирующих слоев; проектирования наполннтелей, обеспечивающих плавность геомет'- рического контура. Расчет ведется, начиная от внутренних поверхностей.
В характерном месте рассчитывается ожидаемая эрозия и к ней прибавляется глубина обугливания. Для компенсации неточ- 1з ностей прибавляется запас. Если пользователь не задает своих величин, автоматически принимается запас в 50% в горловине и 257р — в других местах. Толщина изолирующего материала рассчитывается из условия обеспечения приемлемой температуры на наружной поверхности. Материалы и все их характеристики пользователь может ввести в ЭВМ. Если он этого не сделает, система использует хранящиеся в памяти наиболее типичные материалы для соответствующих элементов конструкции.
Коэффициенты теплообмена и эрозии хранятся в системе для некоторых номинальных параметров (размер сопла, давление, топливо, материал) и для конкретного варианта пересчитываются. Глубина обугл4гвания рассчитывается по специальным зависимостям Проектирование конструкции следует за двумя вышеуказанньгми этапами и состоит из двух основных этапов: проектирования структурных элементов конструкции — колец и оболочек, поддерживающих вкладыши, изоляторы и наполнители, и проектировани4к механизма, обеспечивающего движение сопла.
Для выполнени4Г первого подэтапа были найдены 11 видов колец и 6 видов оболочек, достаточные, чтобы создать из них все основные конструкции сопел. Для ввода и вывода информации используется графический дисплей, на экране которого может быть показан чертеж сопла, сводка входных данных, либо .выходных величин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
