МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДИАФРАГМЫ ВЫТЕСНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ > Научные обзоры
IT-Reviews    

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДИАФРАГМЫ ВЫТЕСНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Источник:
Солодилова Е.М. Глушков С.В. Статья в формате PDF 640 KB

Работа посвящена моделированию функционирования диафрагмы - разделителя жидкостной и газовой полостей вытеснительной системы. В вытеснительных системах поступление топлива в камеру сгорания ракетного двигателя обеспечивается давлением наддува в топливных баках, создаваемое сжатым газом, чаще всего азотом или гелием. Известны вытеснительные системы подачи компонентов топлива для жидкостных ракетных двигателей, которые содержат баки горючего и окислителя, соединенные с газовым аккумулятором давления и камерой сгорания через пускоотсечные клапаны и регулировочные шайбы [1]. Из схемы подачи топлива исключается турбонасосный агрегат, а компоненты топлива поступают из баков прямо на главные клапаны ракетного двигателя. Давление в топливных баках при вытеснительной подаче должно быть выше, чем в камере сгорания. Преимуществами вытеснительной системы является простота конструкции и скорость реакции двигателя на команду пуска, особенно, в случае использования самовоспламеняющихся компонентов топлива. Такие двигатели служат для выполнения маневров космических аппаратов в космическом пространстве. Вытеснительная система была применена во всех трёх двигательных установках лунного корабля Аполлон - служебной (тяга 9 760 кГс), посадочной (тяга 4 760 кГс), и взлётной (тяга 1 950 кГс) [2].

Типовая вытеснительная система состоит из нескольких баков с компонентами топлива (с горючим и окислителем), шар-баллонов, заполненных рабочим газом, магистралей, клапанов и прочей арматуры.

Топливный бак представляет собой шарообразную конструкцию, сваренную из двух штампованных и механически обработанных полусфер (рис. 1), приваренных к шпангоуту. В каждой полусфере имеется штуцер для подвода рабочего газа и опорожнения компонентов топлива. Бак выполнен из алюминиевого сплава. В одной из полусфер установлен металлический разделитель полостей - диафрагма.

Диафрагма представляет собой штампованную конструкцию, выполнена из технически чистого алюминия, что позволяет ей работать в области пластических деформаций без разрушения (это является условием обеспечения герметичности между газовой и жидкостной полостями).

Диафрагма является ответственным элементом, к которому предъявляются высокие требования обеспечения надежности. Из каждой партии диафрагм несколько единиц подвергаются наземным испытаниям как отдельно, так и в составе топливного бака.

В работе описаны результаты проведения вычислительного эксперимента по испытанию диафрагмы с помощью универсального МКЭ-пакета ANSYS.

Рис. 1. Топливный бак в разрезе

Конструкция диафрагмы является полностью осесимметричной, равно как и действующее внутреннее давление. В силу этого задача рассмотрена в осесимметричной постановке. Использованы плоские 4-узловые конечные элементы первого порядка Plane182 в режиме осесимметричного поведения.

Поскольку диафрагма работает в области больших неупругих деформаций, то материал требует задания соответствующих упругих и упруго-пластических характеристик в виде кривой деформирования при одноосном растяжении. В стенках сферического бака не допускается образование остаточных деформаций, материал принимаем линейно упругим (с последующим контролем превышения уровнем напряжений предела текучести материала).

Геометрическое моделирование рассматриваемого сечения проводится с помощью чертежного пакета Компас компании АСКОН, Через промежуточный формат экспорта - IGES сечение в виде набора точек и линий импортируется в рабочую область. Основываясь на замкнутых контурах линий, натягиваются топологически простые плоские поверхности, составляющие сечение.

Сетка конечных элементов регулярная, по толщине металла диафрагмы принимаем 3 элемента. По толщине стенки бака также назначаем 3 элемента. В меридиональном направлении размер элементов составляет 1 мм. Для учета контакта поверхности диафрагмы со стенкой бака при работе вытеснительной системы необходимо назначение специальных контактных пар элементов - целевых (TARGE169) на поверхности бака и контактных (CONTA172) на поверхности диафрагмы. При этом для контактной пары указывается коэффициент трения. Нормали контактирующих поверхностей в процессе расчета должны быть направлены друг к другу. Тип контакта для рассматриваемой задачи «поверхность - в поверхность». Общее число элементов в модели составляет при расчете диафрагма-бак: 3250 элементов (из них 800 контактных), 3284 узла.

Граничные условия для диафрагмы - условие неразрывности (равносильно наложению запрета на поступательные радиальные перемещения для всех узлов на оси круговой симметрии), полная заделка цилиндрической части, приваренной к шпангоуту бака. Для бака граничные условия представляют условие неразрывности в полюсе и жесткое закрепление, обусловленное сваркой с жестким шпангоутом. Жесткость шпангоута велика, и данный конструктивный элемент не моделируется, а учитывается в виде граничных условий.

Нагрузка на диафрагму представлена медленно нарастающим давлением в газовой полости до предельной величины. При этом жесткий разделитель жидкостной и газовой сред деформируется в сторону уменьшения объема жидкостной полости, тем самым выдавливая жидкость через специальный штуцер в топливную магистраль. Одно из промежуточных состояний диафрагмы в процессе работы схематично изображено на рис. 2.

 

Рис. 2. Схема работы диафрагмы топливного бака

Конечно-элементная модель рассматриваемой части сферического топливного бака, состоящая из диафрагмы и верхней полусферы бака, представлена на рис. 3.

 

Рис. 3. КЭ модель «Диафрагма-верхняя полусфера бака»

Задача рассматривается в квазистатической постановке, время играет роль относительного параметра и фактически является множителем при нагрузке на текущем шаге. Решение задачи выполняется методом конечных элементов в геометрически и физически нелинейной постановке, т.е. с учётом больших перемещений, пластических деформаций и нелинейного поведения материала.

При работе диафрагма имеет возможность свободно деформироваться, вытесняя топливо, только в пределах пространства, ограниченного стенками бака. Конечно, стенки бака могут деформироваться при вступлении в контакт с диафрагмой и совместном восприятии давления газовой полости, но эти деформации невелики.

Для состояния, соответствующего максимальной величине давления со стороны газовой полости, на рис. 4 изображена изоповерхность эквивалентных напряжений по теории Мизеса. Исходя из перемещений точек диафрагмы, можно вычислить объем образующейся паразитной полости между диафрагмой и стенкой бака в области шпангоута. Кроме того, из представленной на рис. 4 картины деформированного состояния системы диафрагма-бак может быть вычислен объем не выдавленного в процессе штатной работы системы топлива.

 

Рис. 4. Изоповерхность эквивалентных напряжений

Список литературы

  1. Шевелюк М.И. Теоретические основы проектирования жидкостных ракетных двигателей. - М. : Оборонгиз, 1960.
  2. Пилотируемые полёты на Луну, конструкция и характеристики SATURN V APOLLO // Реферат ВИНИТИ. - М., 1973.



Отзывы (через Facebook):

Оставить отзыв с помощью аккаунта FaceBook:


ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИИ РАЗЛИЧНЫМИ РЯДАМИ ФУРЬЕ

Статья в формате PDF 648 KB...

29 07 2021 11:57:17

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕПАРАТА «КОРТЕКСИН» У ПОДРОСТКОВ МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОМЕТРИИ

Малоизученным направлением в диагностике психосоматических заболеваний является исследование физико-химических характеристик крови. Методы, применяемые в диагностике и контроле лечения психосоматических заболеваний в целом, и задержке психического развития в частности ( З П Р), являются достаточно субъективными. Во многом это обусловлено отсутствием однозначных лабораторно-диагностических методов, позволяющих осуществлять диагностику на ранних этапах заболевания. Целью нашего исследования явилось изучение особенностей И К – спектра сыворотки крови детей подросткового возраста. В качестве субстрата для исследования использовали сыворотку крови больных детей, которую затем подвергали И К-спектроскопии с регистрацией спектров поглощения в области 3500-963 см-1. Исследована сыворотка крови 30 детей с диагнозом З П Р и 30 здоровых, сопоставимых по возрасту и полу. Было проведено сравнение И К-спектра сыворотки крови больных с  З П Р и здоровых доноров. Достоверно выявлена разница показателей инфракрасной спектрометрии в норме и патологии, а так же проверена эффективность применяемой терапии. Таким образом, с помощью И К-спектрометрии установлены особенности спектров сыворотки крови детей подросткового возраста и выявлены отличия в спектре у детей с  З П Р и динамические изменения в процессе лечения, что может использоваться для диагностики данной патологии, а так же для контроля за эффективностью проводимого лечения. ...

28 07 2021 23:34:24

СЛЕПАЯ КИШКА У БЕЛОЙ КРЫСЫ

Статья в формате PDF 253 KB...

23 07 2021 0:25:53

АВТОРИТЕТ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ-ВРАЧА

Статья в формате PDF 94 KB...

22 07 2021 7:32:42

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ДИАГНОСТИКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ КА И ВЫРАБОТКИ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО УСТРАНЕНИЮ НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЙ

При управлении автоматическими космическими аппаратами ( К А) важной проблемой является обеспечение надежного и оперативного анализа и диагностирования работоспособности бортовых систем. Это позволит своевременно выявить негативные тенденции в работе бортовой аппаратуры и предотвратить их развитие. Наибольшую актуальность проблема приобретает при управлении К А со сложными бортовыми системами, характеризующимися большим объемом телеметрических параметров, а так же при необходимости выдачи командных воздействий непосредственно в сеансах связи. Существующий опыт управления К А показывает, что в ряде случаев только своевременная выдача команд немедленного исполнения позволила обеспечить выполнение программы полета К А [1]. В настоящей работе предлагается общий подход к решению указанной проблемы, основанный на создании адекватных моделей анализа и диагностики функционирования бортовых систем и алгоритмов автоматизированной выработки рекомендаций по воздействию на К А. Ожидается, что использование в практике управления таких моделей и алгоритмов даст возможность существенно повысить эффективность работы аппаратуры, в том числе за счет оперативного устранения возникающих на борту нештатных ситуаций. ...

21 07 2021 7:36:49

АНДРЕЕВА МАРИЯ АНДРЕЕВНА

Статья в формате PDF 84 KB...

18 07 2021 21:11:13

Природа времени

Данная работа посвящена обоснованию несостоятельности современных путей решения вопроса о природе времени. Авторами показана абстрактность этих подходов, а также подчеркивается, что при создании научных теорий, описывающих материю, присутствует идеализация времени. Необходимо отметить, что в процессе решения данного вопроса нельзя забывать о сущности материи. До тех пор пока не будет понимания сущности материи, не будет понимания и природы времени. Поэтому авторы предлагают не создавать отдельных гипотез природы времени, а направить силы на понимание сущности материи. Для этого необходимо рассмотреть в более широком аспекте саму материю и те типичные процессы, в которые она включается. Только через решение вопроса о сущности материи можно прийти к пониманию природы времени. ...

17 07 2021 14:44:45

ЛАЗЕРНОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНА МЕДЬЮ

Статья в формате PDF 111 KB...

15 07 2021 7:38:55

СТАНОВЛЕНИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ УМЕНИЙ

Статья в формате PDF 145 KB...

10 07 2021 20:20:30

КРИТЕРИИ ОТВЕТСТВЕННОГО ОТЦОВСТВА

Статья в формате PDF 116 KB...

08 07 2021 16:59:39

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ. КУРС В СХЕМАХ (учебное пособие)

Статья в формате PDF 114 KB...

03 07 2021 19:18:47

КОВАЛЕВ АНАТОЛИЙ СПИРИДОНОВИЧ

Статья в формате PDF 338 KB...

02 07 2021 17:47:58

ПОНЯТИЕ И ПРОБЛЕМЫ ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ КИБЕРТЕРРОРИЗМУ

Статья в формате PDF 262 KB...

26 06 2021 22:45:22

ПРЕПАРАТИВНЫЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА СУЛЬФИДОВ МЕТАЛЛОВ В СРЕДЕ Н-АЛКАНОВ

Разработаны препаративные методы синтеза сульфидов металлов в среде жидких н-алканов. Представлены результаты «дробного» и «свернутого» методов синтеза сульфидов металлов. Состав соединений установлен методами химического, рентгенофазового и рентгенофлуоресцентного анализов. ...

23 06 2021 0:12:46

ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ЭМБРИОНАЛЬНОГО ГИСТОГЕНЕЗА

Статья в формате PDF 124 KB...

21 06 2021 21:41:54

ОБ ОНТОЛОГИЧЕСКОЙ СПЕЦИФИКЕ НАУКИ И ИСКУССТВА

Статья в формате PDF 129 KB...

20 06 2021 13:45:24

Еще:
Обзоры -1 :: Обзоры -2 :: Обзоры -3 :: Обзоры -4 :: Обзоры -5 :: Обзоры -6 :: Обзоры -7 :: Обзоры -8 :: Обзоры -9 :: Обзоры -10 :: Обзоры -11 ::

Последовательность подготовки научной работы может быть такой:

Выбор темы. Это важный этап. Во-первых, тема должна быть интересна не только вам, но и большинству слушателей, которым вы будете её докладывать, чтобы вы видели заинтересованность в их глазах, а не откровенную скуку.

Выбор целей и задач своей научной работы. То есть, нужно сузить тему. Например, тема: «Грудное вскармливание», сужение темы: «Грудное вскармливание среди студенток нашего ВУЗа». И если общая тема мало кому интересна, то суженная до рамок собственного института или университета, она становится интересной практически для всех слушателей. Целью может стать: «Содействие оптимальным условиям вскармливания грудью детей студентов нашего ВУЗа», а задачей — доказать, что специальные условия, созданные для кормящих студенток, не помешают их успеваемости, но уменьшат количество пропусков, академических отпусков и способствуют выращиванию здоровых детей — нашего будущего. Понятно, что эта тема подходит для студентов медицинских и педагогических ВУЗов, но и в других учебных учреждениях можно найти темы, интересные всем.

Разработать методы исследования и сбора информации. В случае с естественным вскармливанием, скорее всего, это будет анкетирование студенток, имеющих детей.

Систематизировать материал и подготовить презентацию.

Подготовиться к выступлению.

Выступить и получить: награду, удовольствие и опыт, чтобы в следующем году выступить ещё лучше и сорвать шквал аплодисментов, стать узнаваемым, а значит — более конкурентоспособным!