книги / Численное моделирование нестационарных переходных процессов в активных и реактивных двигателях

На рис.2.20, рис.2.21, на рис.2.22 и в таблице 2.10 представлено изменение соответственно давления (МПа), скорости (м/с), температуры (К ) продуктов сгорания и положения полузарядов (несгоревших их частей) по длине камеры сгорания Он) в различные моменты времени при начальной температуре

Т0 =223К.

L, м

Рис.2.22. Изменение температуры продуктов сгорания по длине камеры в различные моменты времени при Т0= 223К .

Таблица 2.10. Изменение положения по длине камеры нижнего

Вследствие низкой начальной температуры срабатывания процесс течения в камере сгорания как бы «задерживается» по времени. Максимальные значения газодинамических параметров

потока несколько ниже. Однако характер течения в каморе и стволе орудия в целом аналогичен течению при Т0= 293К .

3. Покажем «вклад» дополнительного заряда в изменение основных баллистических параметров артиллерийского выстрела.

В таблице 2.11 представлены результаты расчёта трёх компоновочных схем артиллерийского выстрела: №1 - без дополнительного заряда; №2 - дополнительный заряд из низкокалорийного пороха; №3 - дополнительный заряд из высококалорийного пороха. Масса дополнительного заряда ~ 3,5% от общей массы порохового заряда.

Дополнительный заряд эффективно увеличивает скорость снаряда при выстреле, в том числе и дульную скорость снаряда (скорость выхода снаряда из ствола орудия - ипд). Прирост

скорости снаряда (особенно на начальном этапе его движения) на единицу массы заряда по компоновочной схеме артиллерийского выстрела №2 и №3 выше, чем по схеме №1. Пик давления у дна камеры сгорания (параметр - Р™) также возрастает, однако по времени срабатывания выстрела для схемы №2 и №3 он менее продолжительный, чем для схемы №1. По компоновочной схеме №2 существенно падает температура продуктов сгорания в районе дна снаряда при выходе снаряда из ствола орудия (параметр - Тд).

Таблица 2.11. Изменение основных параметров артиллерийского выстрела в зависимости от параметров дополнительного заряда.

4. Сравним результаты численного моделирования с экспериментальными данными.

На рис.2.23 представлено изменение давления продуктов сгорания {МПа) по времени {млс) в районе дна камеры сгорания

артиллерийского орудия при начальной температуре срабатывания Т0= 293К . Представлены экспериментальные данные по натурной (стендовой) отработке артиллерийского выстрела (метка на графике - ромб) и данные численного моделирования (метка на графике - квадрат). Характер изменения давления по времени на экспериментальной и теоретической кривых в целом аналогичный. Характер изменения производной давления по времени несколько отличается. Изменение производной давления по времени на участке подъёма давления более динамично на экспериментальной кривой, а на участке спада давления более динамично на теоретической кривой. Отклонение величины интеграла давления по времени для данных эксперимента и для данных численного моделирования составляет ~ 2%.

— Эксп-нт -•-Расчёт

Рис.2.23. Изменение давления продуктов сгорания по времени при Т0= 293К (сравнение расчётных и экспериментальных данных).

В таблице 2.12 представлены расчётные и экспе­ риментальные данные по основным баллистическим параметрам процесса срабатывания артиллерийского выстрела. В качестве основных параметров выбраны: максимальное давление сраба­ тывания в районе дна каморы орудия - Рд"'“ , время выхода

снаряда из ствола (дульное время) - td, скорость снаряда при

выходе из ствола (дульная скорость) - ипд. Параметры опреде­

лены при начальной температуре срабатывания Т0 =293К .

Таблица 2.12. Сравнение расчётных и экспериментальных данных по основным параметрам срабатывания артиллерийского выстрела.

Из анализа таблицы 2.12 видно, что максимальное отклонение по основным баллистическим параметрам артил­ лерийского выстрела не превышает 2,7%.

Таким образом, на основании выше приведённых данных можно говорить о хорошей сопоставимости результатов числен­ ного моделирования и натурного эксперимента.

2.5.3. Расчёт напряжённо-деформированного состояния и оценка прочности порохового заряда

Приведём результаты численного расчёта напряжённодеформированного состояния пороховых элементов заряда артиллерийского выстрела при их нагружении давлением продуктов сгорания. Будем рассматривать напряжённодеформированное состояние пороховых элементов верхнего полузаряда как наиболее нагруженной части заряда при выстреле. Результаты расчётов приведём для начальной температуры срабатывания Т0 = 223К - наиболее критичной температуры с

точки зрения запаса прочности пороха.

Порох верхнего полузаряда в условиях артиллерийского выстрела имеет следующие нические характеристики: модуль упругости ~

коэффициент Пуассона ~ vs=0,375, предел прочности при растяжении ~ [ав]=85М77д.

В момент времени /=3,00л1лс (рис.2.26) волна давления продуктов сгорания достигла дна снаряда и начинает отражаться от него. Давление продуктов сгорания при отражении резко возрастает и снаряд страгивается с места. Распределение давления по длине порохового элемента уже не монотонное. Распределение радиальных и окружных напряжений зеркально повторяет распределение давления. Распределение осевых напряжений - иное. В этот момент времени в верхней части пороховых элементов верхнего полузаряда, расположенных у дна снаряда, начинается процесс интенсивного расслоения составляющих напряжений Gn,Gff и <тхг по числовым значениям: распределение

осевых напряжений как бы «отходит» от распределения радиальных и окружных напряжений. Такое расслоение напряжений крайне нежелательно, так как именно оно (через эквивалентные напряжения) определяет запас прочности пороха.

Рис.2.26. Распределение нагрузки и внутренних напряжений по длине порохового элемента в момент времени /=3,00шс.

В момент времени /=3,05млс (рис.2.27) волна давления продуктов сгорания продолжает отражаться от дна снаряда с подъёмом давления при отражении. Распределение давления по длине порохового элемента уже существенно не монотонное.

Расслоение составляющих напряжений огг,(3ff и <ты. интенсивно

возрастает.

В момент времени /=3,10л/лс (рис.2.28) отражённая волна давления начинает своё движение в направлении дна каморы орудия. Пик давления продуктов сгорания в районе дна снаряда несколько падает. Однако расслоение составляющих напряжений Grr,Gff и CTtr по числовым значениям продолжает интенсивно

возрастать. Зона интенсивного расслоения напряжений начинает смещаться по длине порохового элемента - волна осевых напряжений заметно опережает волну давления и, соответственно,

a rr,aff и а хг несколько уменьшается, но также значительно. Зона

максимального расслоения напряжений постепенно смещается по пороховому элементу в сторону от снаряда.

Оценка прочности по (2.70-2.74) пороховых элементов верхнего полузаряда артиллерийского выстрела в момент времени /=3,15шс (рис.2.29) (максимальное расслоение составляющих напряжений сгг,<зff и охг по числовым значениям) и далее по

времени (рис.2.30, рис.2.31) при обобщённом коэффициенте безопасности = 1,5 говорит о возможности разрушения

пороховых элементов в ряде последовательных сечений по их длине.

2.5. Результаты численного моделирпятта

139

МПа

Рис.2.27. Распределение нагрузки и внутренних напряжений по длине порохового элемента в момент времени t=3,05млс.