Тезисы докладов XXVIII научно-технической конференции ПГТУ по результат

ОБНАРУЖЕНИЕ ДЕГРАДАЩОННЫХ ОТКАЗОВ ДАТЧИКОВ САУ ГГД НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СКОЛЬЗЯЩИХ ИНТЕРВАЛОВ

Н.Г.Ламанова, И.Н.Липатов

Из опыта эксплуатации ГГД известно, что датчики контроля га­ зодинамических параметров являются наиболее ненадежными элемента­ ми, а аппаратное резервирование приводит к увеличению интенсивно­ сти отказов. В связи с этим возрастает актуальность алгоритмичес­ ких методов обнаружения и локализации отказавших датчиков. Наи­ более трудно поддаются обнаружению деградационные отказы, когда изменения в показаниях отказавшего датчика накапливаются медленно.

скользящих интервалах с общей зоной. При отсутствии деградационного отказа величина Hi не имеет тенденции к нарастанию. При отказе величина HL возрастает с увеличением числа измерений. Для принятия решения о наличии или отсутствии отказа использует­

Рассматривается также модифицированный алгоритм обнаружения и локализации деградационных отказов датчиков САУ ГТД, в котором величина Н определяется как сумма квадратов разностей между по­

линомиальной аппроксимацией процесса измерения и средним на сколь­ зящем интервале. Модифицированный алгоритм более прост для реали­ зации на ЭВМ и требует меньшего объема вычислений по сравнению с исходным алгоритмом*

Работоспособность рассмотренных алгоритмов обнаружения деградационных отказов датчиков подтверждена численным моделированием на ЭВМ. Проводилось моделирование медленного отказа датчика часто­ ты вращения компрессора низкого давления.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЫС0К0МЕТАЛЛИЗИР0ВАННЫХ ТОПЛИВ

В.Г.Пальчиковский, Я.С.Садиков

Многие конденсированные системы имеют протяженные зоны дого­ рания, которые могут оказывать существенное воздействие на авто­ колебания газа в полузамкнутом объеме. В случав высокой степени металлизации твердого топлива химические реакции обычно заверша­ ются только в газовой фазе за время 10~^ - 10"^ с, которое соиз­ меримо с периодом продольных мод колебаний давления в камере сго­ рания крупногабаритных двигателей. В этих случаях газофазную зо­ ну уже нельзя считать безынерционной, как это принято для гомоген­ ных систем.

Для исследования динамических свойств процессов превращения высокометаллизированных топлив разработан новый экспериментальный метод» основанный на идентификации частотных характеристик изучае­ мого явления по замеренным амплитудным и фазовым характеристикам модельного двигателя, управляемого посредством вдува сжатого азота в область критического сечения сопла. В отличие от известного спо­ соба фирмы OA/ERfii разработанный метод позволяет контролировать не только выходной сигнал Pf^Ct) - изменение давления в свободном объеме камеры сгорания, но и входной сигнал Рg (t) - давление в струйном регуляторе расхода газа, в результате чего удается иден­ тифицировать частотные свойства процесса превращения топлива по амплитудно-фазо-частотной характеристике управляемого модельного

двигателя. При этом важную роль играет фазовая характеристика, поз­ воляющая выделять топлива, способные усиливать колебания давления в крупногабаритных двигателях.

Метод отработан при испытаниях составов на основе каучука ПДИ с содержанием алюминия 18 %. Полученные результаты могут быть использованы для построения моделей динамики зоны превращения топлива, включая тепловую релаксацию К-фаэы. Особенно эффективен метод для области частот I00-1000 Гц, при которых современные сме­ совые топлива наименее исследованы.

0 Д Ш Ш Ч Е С К О М ХАРАКТЕРЕ ДЕЙСТВИЯ НА ЗАРЯД НЕСТАЦИОНАРНОГО ДАВЛЕНИЯ

В.Г.Пальчиковский, студентка А.Л.Дудина

Вдвигателях ЛА очень часто возникают нестационарные режимы,

врезультате чего его элементы получают дополнительную нагрузку. Стремление достичь максимально возможных рабочих характеристик приводит к росту запасенной в двигателях энергии. Газовая среда находится в неравновесном состоянии и обладает избытком химичес­ кой энергии, в результате чего в камере сгорания появляются зву­ ковые волны. В связи с этим появилась необходимость оценки дина­ мического уровня воздействия нестационарной газодинамической на­ грузки на заряд.

Для решения указанной задачи разработана методика, позволяю­ щая при колебаниях давления в двигателе определять запасы по час­ тоте для механических радиальных вибраций заряда, а также рассчи­ тывать коэффициенты динамических усилений в заряде при его коле­ бательном движении. Показано, что для крупногабаритных двигателей диаметром 1-2 м возможны резонансные режимы работы со значительны­ ми усилениями напряжений на корпусе, что необходимо учитывать при проектировании.

Распространение результатов спектрального анализа делает воз­ можным оценить динамический уровень воздействия для нагрузки про­ извольного вида. В частности, на примере выхода двигателя на ре­ жим показано, что нарастание давления в камере сгорания за 0,1 с не приводит, как правило, к динамическим усилениям в заряде. Эту нагрузку следует рассматривать как квазистатическую. Однако, учи­ тывая тенденцию к возрастанию энергомассовых характеристик изде­ лий, обращается внимание на увеличение вероятности проявления ди­ намического характера нагружения. Этому способствуют: увеличение объемного заполнения, повышение энергетических характеристик топ­ лива, снижение уровня давления и коэффициента весового совершенст­

ва двигателя.

В результате проведенного анализа построены обобщенные частот­ ные характеристики двигателя и предложен порядок оценки динамичес­ кого характера действия нестационарного давления на заряд.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ВНУТРИКАМЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ

Я.С.Садиков, В.Я.Модорский

Для изучения влияния различных факторов на уровень акусти­ ческих колебаний, возникающих в ряде случаев 1фи работе энерге­ тических установок, предлагается численное исследование газоди­ намических течений в акустической полости при наложении возму­ щений от внешнего источника. При этом свободный объем устройст­ ва моделируется в рамках осесимметричной расчетной схемы. Кроме того, принимается, что стенки канала представляют собой пористую поверхность, через которую поступает рабочее тело. Модель рабо­ чего тала - идеальный сжимаемый газ. Параметры газоприхода нели­ нейно зависят от параметров потока в канале энергетической уста­ новки.

Математическое описание приведенной выше физической модели базируется на использовании одного из вариантов метода конечных разностей - метода крупных частиц. Сочетая в себе преимущества лагранжева и эйлерова представлений, этот метод позволяет полу­ чить достоверную качественную и количественную картину процесса без априорных знаний о структуре транс-, до- и сверхзвуковых те­ чений, чем выгодно отличается от ряда других подходов. Исходная система дифференциальных уравнений содержит законы сохранения массы, импульса и энергии.

При создании программного обеспечения для решения газодина­ мической задачи предпринята попытка реализации идеи вычислитель­ ного эксперимента. Помимо традиционной триады "модель - алгоритм - программа" реализованы программные блоки, позволяющие графически­ ми средствами формировать различные расчетные схемы исследуемых установок, а также производить необходимую визуализацию больших массивов информации, полученных в результате расчетов.

Для анализа вынужденных колебаний предусмотрена их регистра­ ция в виде временных разверток показаний "датчиков", фиксируемых в контрольных точках на этапе описания расчетной схемы, и преоб­ разование данных временных зависимостей в частотные.

Предлагаются некоторые результаты расчетов, проведенных для каналов переменного сечения.

УДК 539.374

ЭКСПЕРИ1ШТАПЬН0-ТЕ0РЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПУАССОНА ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ

КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Р.В.БУльбович

Методические вопросы экспериментального определения коэффи­ циента Пуассона высоконаполненных композиционных материалов, к которым относят и смесевое твердое ракетное топливо (СТРТ), даже в квазистатических опытах вызывают пристальное внимание исследо­ вателей ввиду сложности постановки и интерпретации результатов подобного физического эксперимента. Интерпретация результатов ди­ намического опыта по определению комплексного коэффициента Пуас­ сона потребовала разработки экспериментально-теоретического ме­

тода.

Экспериментальная часть метода реализуется на эксперимен­ тально-исследовательском комплексе, позволяющем проводить гармо­ ническое нагружение образца из высоконаполненного композиционно­ го материала и определять предварительные параметры комплексного коэффициента Пуассона и комплексного модуля упругости. Методика экспериментального определения параметров комплексного коэффици­ ента Пуассона, основанная на контактном способе измерения попереч­ ной деформации образца, содержит новые технические решения (а.с. Ш I755I05, I76043I, 1827573), направленные на повышение точности измерения.

Теоретическая часть метода базируется на итерационной про­ цедуре решения обратной задачи о напряженно-деформированном со­ стоянии (НДС) вязкоупругого образца-столбика. В основу алгоритма положена феноменологическая модель, связывающая экспериментально замеренные параметры с истинными деформационными свойствами в фор­ ме комплексных операторов.

Идентифицированные.на базе нового метода деформационные свой­ ства ряда составов СТРТ были использованы с привлечением МКЭ для анализа динамического НДС РДТТ, находящегося под действием осцил­

лирующего внутреннего давления. Анализ показал необходимость уче­ та вязкоупругого характера коэффициента Пуассона для оценки дина­ мических свойств твердотопливных конструкций и эффективность пред­ ложенного экспериментально-теоретического метода, позволяющего уточнить динамическое НДС РДГТ на 30-50 %.

УДК 539.374

РЕШЕНИЕ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСТИННЫХ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СТРТ В ФОРМЕ КОМПЛЕКСНЫХ ОПЕРАТОРОВ

В.В.Павлоградский

Интерпретация результатов динамического опыта по определению деформационных свойств ТРТ (комплексного модуля упругости и комп­ лексного коэффициента Пуассона) потребовала решения обратной зада­ чи и разработки соответствующего программного обеспечения для ее реализации:

1) предварительной идентификации параметров комплексного ко­ эффициента Пуассона и комплексного модуля упругости на основе дан­

ных динамических испытаний образца-столбика с помощью программы SEARCH. В основу программы положен метод случайного поиска с

использованием алгоритма среднестатистического градиента; 2) математической модели динамического напряженно-деформиро­

ванного состояния (НДС) образца-столбика (корректная задача), по­ строенной на базе метода конечных элементов в осесимметричной по­ становке с применением вариационного принципа Геррманна и учитываю­ щей вязкоупругие свойства материала в форме комплексных операторов;

3) идентификации феноменологической модели обратной задачи о динамическом НДС образца-столбика на основе решения корректной за­ дачи. Феноменологическая полиномиальная модель включала четыре фактора (динамический модуль упругости, угол сдвига фазы между на­ пряжением и деформацией, динамический коэффициент Пуассона и угол сдвига фазы между продольной и поперечной деформациями);

4) идентификации истинных значений параметров комплексных зна­ чений коэффициента Пуассона и модуля упругости на базе итерационной процедуры поиска с использованием феноменологической модели.

Разработанное программное обеспечение позволило реализовать экспериментально-теоретический метод определения параметров комп­

лексных коэффициента Пуассона и модуля упругости для ряда соста­ вов СТРТ. Исследование резонансных режимов нагружения твердотоп­ ливных конструкций показало, что применение описанного метода позволяет уточнить динамическое НДС РДТТ, обусловленное осцилля­ цией внутреннего давления, в отдельных случаях на 30-50 %.

УДК 629.7.01:681:3

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ КАПРА D БАЛЖСТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ НА ЭВМ РАКЕТ С РДТТ

ВУЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

А.Д.Фролов

Впроцессе разработки алгоритма баллистического проектирова­ ния были использованы общепринятые принципы: модульное простроение компьютерной программы (что позволяет использовать фрагменты программы различного целевого назначения для частных расчетов); сравнительно простые и понятные математические алгоритмы и прие­ мы программирования с привлечением несложных конструкций алгорит­

мического языка Фортран и т.п.

Получаемые в результате работы программы KAMFA& характе­ ристики двигательных установок полностью определяют облик ракеты для стадии баллистического проектирования и являются основой тех­ нического задания для работы конструкторов, технологов, проектан­ тов, расчетчиков различных профилей (или для функционально анало­ гичных им модулей САПР элементов двигательных установок, переход­ ных отсеков и т.п.). Программа удобна в эксплуатации на ЭВМ типа IBM, что, в частности, обеспечивает ее успешное использование в учебном процессе с количественно неограниченным контингентом сту­ дентов.

Использование в учебном процессе компьютерной программы KAMFAD не ограничивается ее прямым назначением: ее фрагменты

позволяют обеспечивать проведение учебного процесса по другим учебным дисциплинам. В частности, метод статистических испытаний позволяет рассчитать ряд траекторий движения ракеты и результаты расчетов использовать на практических занятиях по разделу "Теория случайных функций"; использование датчика псевдослучайных

чисел с нормальным законом распределения - формирование неограни­ ченного количества вариантов для проведения расчетной работы по разделу "Математическая статистика" (обработка опытных данных) - в плане учебного курса "Спецразделы высшей математики" и т.д.

УДК 629.7.01:681.3

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ РАКЕТ ТИПА "МИНИТМЕН", ПРИМЕНЯЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ

А.Д.Фролов, студенты А.Н.Егоров, К.А.Фролов

Известно, что искусственные космические объекты (ИКО) выво­ дятся в космическое пространство (КП) с помощью ракет-носителей (PH), запускаемых в настоящее Бремя со стартовых площадок 14 кос­ модромов Земного шара, в том числе двух российских и одного ка­ захского. Все космодромы расположены в точках земной поверхности

соколонулевой относительно уровня моря высотой.

Вплане межгосударственных, конверсионных и прочих мероприя­ тий подлежат снятию с боевого деж^ства и уничтожению ракеты, в частности, стратегические с РДТТ, энергетические возможности ко­ торых позволяют использовать их в качестве PH.

Рассматриваются результаты исследования на ЭВМ влияния началь­ ных условий движения ракеты, в частности, высоты точки старта бое­ вой стратегической ракеты типа "Минитмен", используемой в качест­ ве PH, на ее грузоподъемность и на получаемый при этом экономичес­ кий эффект. Из расчетов следует, что экономия энергии, затрачивае­ мой PH на выведение в космическое пространство ИКО, за счет сниже­ ния потерь на преодоление сопротивления атмосферы может быть на­ правлена, в частности, на увеличение массы запускаемого ИКО. Кроме того, запуск PH с точки старта, расположенной на высоте, ощутимо превышающей уровень моря, значительно уменьшает вредное влияние продуктов сгорания двигательных установок на окружающую среду на поверхности Земли (так называемое "экологическое давление"), что позволяет признавать такие запуски экологически более чистыми. При этом дается оценка ежегодного экономического эффекта (например для России) использования высокогорного космодрома, расположенного

на рассматриваемой высоте. Эффект от расположения стартовой пло­ щадки космодрома на высоте, существенно превышающей уровень моря, соизмерим с эффектом от расположения космодрома в экваториальной зоне Земли.

УДК 629.7.01:681.3

БАЛЛИСТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАКЕТ-ЯОСИТЕЛЕЙ С РДТТ

А.Д.Фролов

Известно, что ракеты-носители (PH), предназначенные для до­ ставки искусственных космических объектов (ИКО) в космическое про­ странство (КП), в качестве основных двигательных установок (ДУ) используют ДУ с ЖРД. Исторически сложилось так, что РДТТ большой мощности появились в то время, когда "ниша" энергетических устано­ вок, применяемых для выведения в КП ИКО различного назначения - беспилотных или пилотируемых - была основательно заполнена ДУ с ЖРД. В последние годы с повышением надежности РДТТ они нашли при­ менение в качестве вспомогательных ДУ (например, при запуске сис­ темы "Спейс шаттл"), однако до сих пор нет PH, выполненных пол­ ностью на твердотопливной основе.

В обоснование необходимости такого рода проработок можно при­ вести высокую степень готовности PH с РДТТ к выведению ИКО в КП для случаев срочного старта при экстремальных ситуациях на борту ИКО, находящихся в космосе (решение проблем спасения космонавтов на борту космического корабля).

Рассматриваются результаты исследования на ЭВМ возможности получения основных проектных и прочих характеристик PH с РДТТ с учетом начальных условий движения ракеты, в частности, высоты точки старта полученной PH. Из расчетов следует, что один из ва­ риантов 2-ступенчатой PH, выполненной из неметаллических материа­ лов и использующей перспективные топлива и теплозащитные материа­ лы, -может иметь следующие характеристики:

PH с приведенными характеристиками позволяет осуществить вы­ ведение ИКО в КП на траекторию со следующими параметрами: время существования 0,87 суток; число оборотов 16; перигей траектории 54 км; апогей - 190 км. Рассмотрены аналогичные характеристики для случаев старта PH с разных высот.

УДК 621.455

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ЖРДУ С УЧЕТОМ ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ КОМПОНЕНТА НА ЭТАПЕ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Н.Л.Бачев

Современный летательный аппарат (ЛА) представляет собой слож­ ную техническую систему, в которой система питания двигательной установки (ДУ) является одной из главных подсистем. Естественно, что основные параметры системы питания ДУ влияют на характеристи­ ки ЛА и поэтому должны выбираться еще на ранних этапах проектиро­ вания таким образом, чтобы обеспечить наибольшую эффективность ЛА. Выбор оптимальных параметров системы питания ДУ должен проводиться по критериям, которые отражали бы эффективность ЛА как системы следующего, более высокого уровня. В данной работе в качестве кри­ терия оптимальности рассматривается максимальная величина полезной нагрузки.

В состав системы питания в общем случае входят баки, система наддува, неиспользуемые остатки топлива, перемешивающие и барботажные устройства различных типов, бустерный и основной насосы, изоляция баков. При этом важную роль при проектировании и эксплуа­ тации системы питания играет температурное расслоение компонентов в баках ЛА, возникающее под воздействием тепловых нагрузок на ба­ ковые отсеки ЛА.

Для разного класса ДУ и для различных тепловых нагрузок на ба­ ковые отсеки имеется большое число вариантов технических решений системы питания. На примере конкретной ДУ показано сложное влияние температурного поля компонента на массовые характеристики системы питания, а значит, и на величину полезной нагрузки. Для каждой ДУ требуется детальное рассмотрение вариантов системы питания с учетом