Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 99
Текст из файла (страница 99)
Для создания двигателей с малымн потерями удельного импульса необходимо обеспечить полное сгорание металла и малые потери при течении двухфазных продуктов в сопле. ХИ!. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 42Л. испОльзОВАние эвм пРи пРОектиРОВАнии Проектирование двигателя ведется в соответствии с техническим заданием (ТЗ), которое утверждается разработчиком ракетного комплекса, создается совместно с двигателистами.
Техническое задание содержит информацию, определяющую топливо и схему двигателя, его основные параметры, такие, как тяга, соотношение компонентов, давление в камере сгорания и на срезе сопла и др. При определении этих характеристик разработчик ,ракеты пользуется, как правило, приближенной моделью двига,теля и его параметров, позволяющей найти их значения, оптимальные в смысле целевой функции создаваемого комплекса.
Сложность рабочих процессов, протекающих в ракетных двигателях, невозможность при современном состоянии науки надежного теоретического определения с необходимой точностью характеристик устойчивости процесса горения, теплообмена, функционирования сложных узлов и т. д. делают неизбежными экспериментальные работы на модельных и натурных объектах. Объем этих работ велик и определяет основные затраты средств н времени на разработку двигателя, достигающие, по зарубежным данным, сотен миллионов долларов и нескольких лет. Естественно стремление сократить эти затраты путем более всесторонней, глубокой и точной проработки при проектировании и более полного анализа экспериментальных данных.
Более надежное оп„ределение параметров двигателя на основе более глубокой про.„Работки и оптимизации параметров на этапе проектирования сокращает цикл доводки, уменьшает количество изменений, вно'симых в проект, и в результате сокращаются затраты и время, уменьшается вероятность морального старения.
Использование всего арсенала науки и опыта в процессе разработки двигателей Возможно лишь на основе широкого применения ЭВМ. Развитие ракетной техники происходило одновременно с развитием электронной вычислительной техники и неразрывно с ней связано. По существу в настоящее время невозможна ни разработка, ни функционирование ракетных систем без современных ,"с)ВМ. Начиная с середины 50-х годов ЭВМ все более широко используется в процессе исследований и разработок ракетных двигателей. Первыми были автоматизированы расчеты термодинамических характеристик ракетных топлив, газодинамические расчеты, профилирование сопел, внутрибаллистические, тепловые, прочностные, схемные и другие трудоемкие расчеты, В настоящее время все процессы в двигателях, для которых имеется физическая и математическая модели, рассчитываются на ЭВМ; вычислительная техника используется как на стадии проектирования, так и при управлении испытаниями, при обработке и анализе 437 результатов испытаний.
Имитационные модели функционирования двигателей позволяют анализировать поведение двигателя в условиях реальной работы в ракетной системе, моделировать и выявлять различные отклонения от нормальной работы. Если на ранних этапах использования ЭВМ рассчитывались изолированно отдельные процессы — термодинамические, газо- динамические, теплообмен и т. п., то с развитием вычислительных средств в60-х годах все чаще создавались программные комплексы, позволяющие с высокой точностью и в короткие сроки определять необходимые конечные величины. Например, ниже будет рассмотрен комплекс программ для определения реального удельного импульса РДТТ.
Воэможность на стадии проектирования определить с точностью до долей процента удельный импульс двигателя делает более уверенной разработку, избавляет от необходимости проведения длительных и дорогих экспериментов, как модельных, гак и натурных, с целью определения 1„,, и таким образом существенно сокращает затраты и сроки разработки. Дальнейшее развитие возможностей вычислительной техники в конце 60-х годов позволило ставить задачу создания систем автоматизированного проектирования (САПР) изделий ракетной техники.
С и с т е м а а в т о м а т и з и р о в а н н о г о п р о е к т ир о в а н и я включает в себя комплекс технических, программных, информационных, организационных и других средств, а также коллектив специалистов, ведущих с использованием этих средств разработку проекта изделия. В отличие от использования ЭВМ для выполнения отдельных расчетов, анализа и синтеза отдельных элементов с ручной передачей и переработкой данных одного подразделения или исполнителя к другому, в САПР вычислительные машины используются для хранения и обработки данных в процессах проектирования, имеются средства для вне-, сения изменений, получения документации и выполнения всех промежуточных операций.
При определении существа понятия «автоматизация проектирования» в США обычно делают упор на создание трехмерной геометрической модели объекта и различные манипуляции с этой моделью, позволяющие смоделировать нагрузки, рассчитать характеристики и пр. При этом, естественно, необходимы совершенные, технические и программные средства машинной графики. Не отрицая важной роли графики, следует сказать, что она является лишь одной иэ частей САПР, не обязательно самой важной !6!. 42.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР Средства САПР, производимые в настоящее время оте-."„ чественной промышленностью, соответствуют мировому уровню 1О ...
16-летней давности, 438 Схема современного комплекса технических средств САПР. предложенная Е. А. Федосовым, приведена на рис. 42.1, Обычно это сеть ЭВМ, включающая вычислительные средства нескольких уровней. На верхнем уровне находится ЭВМ высокой производительности (суперЭВМ). Она используется, возможно, многими подразделениями и даже предприятиями, имеющими доступ к ее ресурсам по каналам связи.
С помощью ЭВМ верхнего уровня решаются задачи имитационного моделирования поведения сложных систем, трехмерные физические задачи, ведения баз данных и другие задачи, требующие больших вычислительных ресурсов. Современные ЭВМ такого класса имеют производительность порядка 100 ... !000 млн. операций с плавающей запятой в секунду и объем оперативной памяти 100 ... 1000 мегабайт.
Они довольно дороги, громоздки, требуют для размещения сотен квадратных метров площади, сотен киловатт электрической мощности, сложного инженерного обеспечения — систем охлаждения и др. На нижнем уровне, непосредственно в распоряжении проектировщика, конструктора, находится автоматизированное рабочее место (АРМ). Основой его является обычно персональная ЭВМ (ПЭВМ), оснащенная следующими устройствами: цветным растровым дисплеем для отображения чертежей, объемных изображений и всего необходимого для работы с геометрическими моделями; устройством для получения копии на бумаге для документирования изображения экрана дисплея; графопостроителем для изготовления чертежей и другой графической документации; символьными и графическими планшетами для ввода информации и взаимодействия с дисплеем; устройством для управления перекрестьем (курсором) графического дисплея.
Персональная ЭВМ управляет всеми этими средствами и выполняет несложные расчеты, геометрические построения, служит для ведения небольших баз данных. До последнего времени это были ПЭВМ с длиной слова !6 бит, оперативной памятью до 1 мегабайта, внешней памятью на жестких дисках !О ... 100 мегабайт и производительностью до 200 тысяч операций с плавающей запятой в секунду. В 1986 г. в США появились АРМ на базе ПЭВМ с длиной слова 32 бита.
Их производительность достигает 2 ... 3 млн. операций в секунду, оперативная память до !О и более мегабайт. Стоимость этих средств не намного больше прежних. Вычислительные ресурсы АРМ оказываются недостаточными для решения таких задач, как расчеты на прочность методом конечных элементов, химической кинетики двумерных течений, геометрического моделирования и многих других проектировочных задач.
Для их решения и служит ЭВМ класса «супермини», 4зп занимающая, грубо говоря, промежуточное место между АРМ и суперЭВМ. Такая ЭВМ имеет производительность !О ... 50 млн. операций с плавающей занятой в секунду, оперативную память 10 ... 100 мегабайт, требует площади порядка 20 м', нескольких киловатт мощности электропитания и не требует особого инженерного обеспечения. Стоимость ее составляет порядка 50(гтыс.
дол. К мини-суперЭВМ могут быть подключены десятки АРМ, пользователи которых в результате получают возможность выполнять сложные научно-технические расчеты, обмениваться информацией, координировать свою работу и создавать интегрированные системы автоматизированного проектирования. Программное обеспечение вычислительного комплекса, используемого для автоматизации проектирования, можно разделить на системное и прикладное. Системное программное обеспечение, в свою очередь, состоит из штатной операционной системы, поставляемой изготовителем вместе с ЭВМ, и системной (или общей) части программного обеспечения САПР.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
