книги / Тезисы докладов XXVIII научно-технической конференции ПГТУ по результатам научно-исследовательских работ, выполненных в 1991-1994 гг
..pdfГосударственный комитет РФ по высшему образованию
Пермский государственный технический университет
Аэрокосмический факультет
ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ ХХУШ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПГТУ
ПО РЕЗУЛЬТАТАМ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ, ВЫПОЛНЕННЫХ В I99I-I994 гг.
Пермь 1995
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ: д-р физ.-матем.наук Ю.В.СОКОЛКИН; канд.физ.-матем.наук А.А.ТАШКИНОВ; д-р техн.наук В.Г. АВГУСТИНОВИЧ
ISBN 5-88151-020-8 © |
Пермский государственный |
|
технический университет,1995 |
К ИССЛЕДОВАНИЮ ДИНАМИКИ ПОЛЕВЫХ АО ПРИ ВЫСТРЕЛЕ
В.А.Девяткин, М.Н.Романов, И.А.Ожиганов, Н.И.Романов
Вопросы динамической устойчивости и прочности полевых АО при выстреле всегда находились в центре внимания разработчиков. Исто рически эта задача решалась с различной степенью точности: от при митивного анализа статической устойчивости АО как единого жесткого тела, установленного на жестком основании, до рассмотрения АО как многомассовой системы с упругими узлами сопряжения, установленного на упругопластичном основании. Однако с увеличением степени дроб ления АО на отдельные элементы, увеличением числа схем АО и услож нения их конструкции усложняется задача получения практических вы водов и рекомендаций.
С целью преодоления указанных трудностей разработана обобщен ная модель динамики и программа решения задачи, в которой АО пред ставлено в виде трехмассовой системы с шестью упругими элементами (включая сопряжение с грунтом), которая допускает трансформацию к более простым схемам. В ней использована замена реальных законов изменения основных возмущающих факторов некоторыми аппроксимирую щими зависимостями, исключающими необходимость параллельного реше ния соответствующих задач, а также введено определение недостаю щих исходных данных по ходу решения задачи динамики с использова нием основных технических характеристик АО-и статистических коэф фициентов. Разработанная модель позволяет формулировать практичес кие рекомендации, с учетом не абсолютных, но относительных резуль татов исследований.
О СТРУКТУРНОМ ПОДХОДЕ К МОДЕЛИРОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ В СПЕЦМАШИНАХ
Ю.П.Шелякин
Как известно, моделирование различных физических процессов является одним из наиболее важных и трудоемких этапов при проек тировании объектов техники и технологии. Как правило, функциони
рование сложных энергопреобразующих машин происходит |
в условиях |
взаимодействия механических, газогидродинамических, |
тепловых, |
электрических, оптических и других физических систем, |
имеющих |
конкретную материальную основу. В общем случае создание доста точно качественной и доступной для инженерного пользования мате матической базы таких процессов требует высокой квалификации специалистов и единого методического подхода к моделированию.
Весьма эффективно использовать принцип структурирования фи зических процессов в машинах на основе парных взаимодействий со седних систем с пограничной передачей некоторых запасов субстан ций в соответствии с известными фундаментальными законами их со хранения. В порядке их усложнения это законы сохранения вещест ва, количества движения и энергии. В каждом парном взаимодейст вии существует система, теряющая запас субстанции (действующая), и система, приобретающая его (подчиненная). Скорость передачи
(поток субстанции) 3SU = S u V зависит от вектора скорости |
V |
||
в трехмерном пространстве, причем следует |
отметить, что этот |
||
поток сам образует запас субстанции более |
выс |
о порядка. |
|
При таком подходе становится возможным ф |
ализовать |
(в |
том числе применительно к ПЭВМ) задачу математического модели рования на основе блочного рассмотрения отдельных физических процессов, структурирования конструкции машин и выделение необ ходимых потоков мевду каждой парой взаимодействующих систем.
ОБ ОДНОМ НАПРАВЛЕНИИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АО
М.Н.Романов, Е.А.Девяткин, Н.И.Романов
В настоящее время совершенствование АО идет, в основном, по пути совершенствования систем наведения и перезаряжения. Однако немалый интерес представляет и совершенствование баллистических характеристик. В работе рассматривается новое направление решения данной задачи, имеющее ряд уникальных особенностей, но находящее ся пока в стадии обсуждения и осмысления. Основой этого направле ния является совершенствование конструкции ствола - здесь он снаб жен дополнительным свободным объемом, или ПАЗУХОЙ. Пазуха состоит из нескольких отдельных камер, каждая из которых соединена с по лостью ствола газоходным каналом. Выполнена пазуха в виде про дольных выемок в стенке ствола, закрытых снаружи обечайкой. В обечайке, соосно с каждым газоходным каналом, расположена заглуш ка. Когда все газоходные каналы перекрыты, ствол функционирует как классический. Как правило, пазуха включается в работу только при стрельбе на максимальном заряде. Закон изменения давления в стволе с пазухой приобретает вид двугорбой кривой с быстрым вы ходом на заданную максимальную величину и длительным временем ее сохранения (повышается степень заполнения индикаторной диаграммы).
Пазуха позволяет' сохранить заданное максимальное давление при раз личных температурах заряда и значительно повышает коэффициент его использования.
УДК 623.43.001.5
ИССЛЕДОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ АРС В ГРУНТЕ
И.А.Ожиганов, И.Р.Ямилов
Исследования движения активно-реактивного снаряда (АРС) в грунте являются продолжением цикла экспериментально-теоретических работ по достижению больших дальностей проникания тел в грунты, проводимых кафедрой в 1990-1994 гг.
В процессе исследований: а) построена математическая модель
.движения АРС в грунте; б) исследована устойчивость АРС во время движения в канале ствола; в) проведена оптимизация конструктивных параметров АРС, параметров заряжания с целью получения максималь ной дальности проникания#
Математическая модель движения АРС в грунте основана на тер модинамическом методе расчета внутренней баллистики АРС, учитыва ет сопротивление грунта по лобовой и боковой поверхности АРС с помощью динамических коэффициентов и критериального масштабного уравнения. Модель учитывает распространение фронта давления поро ховых газов в заснарядном пространстве по закону обращенного воз действия и утечку продуктов сгорания пороха через грунт, в ре зультате параметрического синтеза получены оптимальные конструк тивно-баллистические характеристики АРС, позволившие увеличить дальность проникания более чем на 60 % по сравнению с экспери^ ментально полученными результатами для цельнометаллического сна ряда той же массы и диаметра. Проведена конструктивная проработ ка АРС с учетом продольной устойчивости в процессе выстрела, вы сказаны предложения по повышению прочности заряда, рассчитаны ог невые цепи системы воспламенения для обеспечения оптимального зремени запуска АРС.
С целью более эффективного использования порохового заряда в качестве альтернативы АРС предложена схема эстафетного снаряда. По расчетным оценкам, эстафетная схема позволяет достичь 66-про центного увеличения дальности проникания с КПД порохового заряда порядка 25-30 % (использован заряд массой 7,2 кг), тогда как АРС имеет КПД около 4 % (масса заряда 49 кг).
УДК 621.224:621.671:532.5(043)
МЕТОД РАСЧЕТА СТАТИЧЕСКОЙ НА1РУЖЕНН0СТИ И ПРОЧНОСТИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЛОПАСТНОЙ 1ИДР0МАШИНЫ
Е.А.Дундур, А.В.Петрикевич
В существующих методах задача прочностного расчета лопастей рабочего колеса гидромашины, в лучшем случае, решается как зада ча расчета "тонкой оболочки", т.е., по сути дела, в двумерной по становке. В гидромапшнах; особенно в мелких, толщина лопасти от-
носительно велика. Кроме того, в быстроходных гидромашинах она существенно изменяется как от входа в рабочее колесо к его выхо ду, так и от основххого диска к покрывающему. Это вызывает необ ходимость трехмерного подхода к расчету прочности рабочего ко леса.
Задача решается методом конечных элементов в цилиндрической системе координат. Лопасть, с примыкающими к ней частями основно го и покрывающего дисков, разбивается на изопараметрические, 20узловые конечные элементы второго порядка. На поверхности основ ного диска, примыкающей к валу, ставится условие равенства нулю узловых перемещений. На поверхностях раздела, выделяющих части основного и покрывающего диска, соответствующие одному угловому шагу гидродинамической решетки, ставится условие равенства пере мещений противолежащих узловых точек, что легко достигается их одинаковой глобальной нумерацией.
В качестве нагрузок учитываются центробежные силы, а также сила тяжести при вертикальном расположении вала гидромашины. По наружным поверхностям основного и покрывающего дисков задаются коэффициенты давлений, исходя из известных аналитических зависи мостей для распределения давления в передней и задней пазухах гидромашины. По поверхности лопасти и по внутренним поверхностям дисков задаются коэффициенты давлений, полученные в результате расчета трехмерного потенциального потока в рабочем колесе.
Программа расчета трехмерного потенциального потока в рабо чем колесе гидромашины, созданная в свое время на ВС ЭВМ, перене сена на IBM PC и существенно модернизирована с целью уменьшения необходимого объема оперативной памяти и сокращения времени счета.
УДК 621.375:532
К ОПРЕДЕЛЕНИЮ МОЩНОСТИ 1ИДРАВДИЧЕСК0Г0 ПРИВОДА КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
А.И.Квашнин
В практике геофизических исследований на акваториях находят применение колебательные системы с гидравлическим приводом. Для получения достоверных данных необходимо обеспечить заданную акус тическую мощность источника колебаний в диапазоне частот от ниж
ней до верхней с равномерным спектром акустического давления, ко торый зависит от спектра смещения излучающей поверхности. Гидрав лический привод обеспечивает этот спектр при использовании прин ципа суперпозиции амплитуд колебаний силового поршня на каждой 6 -й частоте и повышении приводной мощности.
Для определения полной гидравлической мощности привода коле бательной системы используются понйтия спектральной плотности дис
персии и среднеквадратичного значения величины. |
Интегрирование |
спектральной плотности давления и расхода от |
до Ощах. да~ |
ет дисперсии этих величин, перемножением которых находится пол ная гидравлическая мощность.
Расчеты показывают, что полная гидравлическая мощность скла дывается из квадрата мощности, затрачиваемой на сжатие рабочей жидкости в полостях гидроциляндра,и квадрата мощности, затрачива емой на преодоление механического сопротивления жидкости и силы инерции излучающей системы.
Для уменьшения механической мощности гидравлического привода следует увеличивать геометрические размеры излучающей поверхности. Однако при этом возрастает мощность, затрачиваемая на сжатие рабо чей жидкости в полостях силового гидроцилиндра.
Эффективным конструктивным мероприятием для уменьшения гид равлической мощности привода может стать уменьшение площади сило вого поршня до пределов, допустимых максимальным перепадом давле ния в гидроцилиндре.
УДК 621.1:62-82
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ГИДРОПРИВОДА
М.Ю.Никитская
Известно, что в гидроприводе (Ш) при повышении температуры рабочей жидкости (РЖ) изменяются ее свойства, что приводит к ря ду отрицательных явлений: возрастанию утечек через зазоры, нару шению условий надежного смазывания сопряженных поверхностей, ак тивизации окисления РЖ и т.д. Существует оптимальное тепловое со стояние ГО, при котором обеспечивается постоянство его рабочих характеристик.
Качество теплового расчета ГП во многом зависит от того, на сколько точно учитываются источники выделения тепла в Ш .
Основные причины нагрева РЖ - это потери мощности в ГП, пе реходящие в тепло, и гидравлические сопротивления в системе ГП, Количество тепла, выделяемое в ГП в единицу времени, эквивалент но потерям мощности в Ш .
Расчет потерь мощности зависит от типа регулирования Ш . При дроссельном регулировании ГП потери мощности складываются из по терь мощности внутри насоса и потерь мощности переливного клапана, вследствие сбрасывания лишней жидкости, равной разности подачи насоса и расхода в системе. При объемном регулировании ГП потери мощности определяются первым слагаемым и небольшими потерями, связанными с работой регулятора.
Вторая особенность теплового расчета ГП связана с необходи мостью учета временного режима работы ГП. Работа ГП может быть или непрерывной, или цикличной. Цикл состоит из времени работы ГП и времени паузы. Поскольку тепловые потери от цикла к циклу изме няются, тепловой поток нужно определять как средний.
УДК 621.224:621.671:532.5(043)
РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИКАШТАЦИОННОГО ЗАПАСА ДИАГОНАЛЬНОГО НАСОСА
Е.А.Дундур» Д.А.Лац
Рассматривалась возможность использования диагонального ра бочего колеса, спроектированного для главного циркуляционного на соса атомной электростанции, в вертикальном насосе типа "В" для общетехнических целей. Экспериментальные исследования, проведен ные в Санкт-Петербургском государственном техническом университе те, показали хорошие энергетические характеристики данного рабо чего колеса, однако кавитационные испытания не проводились, так как при проектировании не выдвигалось каких-либо антикавитационных требований.
Для решения поставленной задачи была проведена оценка антикавитационных качеств диагонального рабочего колеса для различных
по числу оборотов и подаче режимов на основе расчета трехмерного потенциального потока* Была создана программа определения антикавитационного запаса для различных точек проточной части по рас считанному полю потенциала вектора абсолютной скорости. При опре делении максимального значения антикавитационного запаса не рас сматривались его значения, полученные непосредственно для входной кромки лопасти. Проведенные расчеты подтвердили известные теоре тические положения, что наиболее опасной с точки зрения возникно вения кавитации является тыльная сторона лопасти вблизи ее вход ной кромки. Однако эта зона оказывается смещенной непосредственно от покрывающего диска к средней линии лопасти, что в данном слу чае объясняется поперечным движением жидкости вдоль входной кром ки лопасти, наиболее развитым в ее средней по высоте части. Было установлено, что эксплуатация насоса при положительных высотах всасывания возможна только при числе оборотов, не превышающем 500 об/мин. Малые подачи (при отклонении от оптимальной до 30 %) более опасны с точки зрения возникновения кавитации.
УДК 629.7.064.3
УЧЕТ ШДРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ ПРИ РАСЧЕТЕ ЭЛЕМЕНТОВ ШДР0АВТ0МАТИКИ
Е.В.Максунова
Проектирование гидроаппаратуры систем гидроавтоматики требу ет расчета статических и динамических характеристик. При этом со ставляются уравнения движения каждого элемента. Наибольшую труд ность при этом представляет учет гидродинамической силы как ре зультат воздействия потока на подвижный элемент проточной части гидроаппарата. Как правило, гидродинамическая сила вносит нелиней ность в уравнения движения, поэтому на первом этапе расчета необ ходимо оценить величину этой силы. Иногда ею можно пренебречь. Но, например, расчет статической характеристики редукционного клапана и ему подобных невозможен без учета гидродинамической силы. Осо бенно важен учет гидродинамической силы в небольших элементах ав томатики золотникового типа, чувствительных к небольшим усилиям. С другой стороны, в габаритных клапанах, работающих на больших