Материал: Ракетно-космическая техника и технология 2015. тез. докл. Российской науч.- техн. конф., посвященной 50-летию первого запуска РН «Протон» 16 июля 1965 года. Федеральное космическое агентство

У каждого типа сетки есть свои преимущества и недостатки. По качеству сетки будет определяться достоверность решения поставленной задачи, её качество определяется оптимальным количеством элементов.Далее идет задание граничных условий на расчетной сетке (рис 2). Параметры входа и выхода для потока, приграничные слои, шероховатость стенок Точность задания этих условий также влияет на правильность решения. Выбираем расчетные параметры.

Рис. 2. CFX-PRE задание граничных условий

Следующим шагом идет расчет.

Методомдискретизации управляющих уравнений, рассчитывают необходимые параметры. Этот метод использует элементы сетки. Управляющие уравнения объединены по каждому объему, таким образом, что соответствующие величины (масса, импульс, энергия, и т.д.) сохранены в дискретном смысле для каждого объема.В решателе идет процесс решения дифференциальных уравнений путем итерации, и мы можем увидеть, на каком шаге произойдет схождение параметров.

Третий шаг - получение наглядной картины распределения физических параметров, полученных в результате расчета. При получении явно неверного решения вносим корректировки в нашу модель и процесс повторяется.

10

Очевидно, что для проектирования жидкостных ракетных двигателей программный комплекс ANSYS необходим в плане расчетапотоков газов и жидкостей, газогидродинамических расчетов в трубопроводах, турбинах, насосных агрегатах и т.д.Можно наблюдать текущие процессы в камере сгорания, в критическом сечении, в сопле, смоделировать смесеобразования и горение в камере сгорания, быстрый расчет потерь на трение во всем агрегате, наблюдение температуры в двигателе, для предотвращения перегрева или возгорания агрегата, позволяет увидетьнедочеты конструкции, исправить их, а также спрогнозировать энергетические характеристики агрегата.

Вследствие этого, неудивительно, что программный комплекс ANSYS CFX нашел широкое применение при расчете ЖРД, позволяющий упростить и ускорить этапы производства, повысить эффективность. Таким образом, умение обращаться с ПО является необходимостью для инженера-конструктора.

Литература

1.ANSYS CFX Version 15.0 Documentation, 2015.

2.Введение в численные методы вычислительной гидроаэродинамики, /И.И.Морозов, А.С. Ляскин. Самара, 2011. 150с.

УДК 629.7.036.54-63

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ТУРБИНЫДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

А.В.Горохова, КБХА, инженер, тел.(473) 234-65-67

А.В.Иванов, КБХА, главный конструктор, д-р техн.наук

В работе приводятся результаты расчетного исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) рабочего колеса турбины ДУ с учетом высокотемпературного нестационарного

11

нагружения, а также рассмотрен вопрос о прогнозировании циклической долговечности.

Рассмотрена нестационарная связная задача теплового и прочностного расчета в рамках циклического нагружения «запуск- работа-останов».

Рабочие колеса (РК) турбины относятся к одним из наиболее напряженных элементов ДУ. Сложность конструкции, особенности нагружения РК, в том числе и динамическими нагрузками, требуют детального анализа при выборе материалов и способа изготовления РК. При этом должны учитываться особенности НДС конструкции в зонах основного и покрывного дисков, ступицы колеса и рабочих лопаток, особенно на входе в РК.

При оценке кратковременной и длительной статической прочности элементов конструкций, а также при оценке циклической долговечности и ресурса во внимание должны быть приняты такие проблемы как длительная прочность материала и его ползучесть, многоцикловая усталость материала (МнЦУ) и малоцикловая усталость материала (МЦУ). При оценке работоспособности элементов конструкций во внимание принимается также механика разрушения, позволяющая установить живучесть конструкции при наличии первичного или приобретенного дефекта типа трещины.

Прогнозирование долговечности и ресурса может оказать также определенную помощь при выборе оптимальной комбинации необходимых характеристик ДУ, обосновании работоспособности, надёжности, массы и других параметров. Кроме того, прогнозирование долговечности и ресурса может оказаться полезным при оценке различных вариантов, при анализе и истолковании результатов испытаний ДУ и их элементов, причем в данном случае методы прогнозирования могут рассматриваться как средство снижения затрат на проведение испытаний двигателей. Долговечность и ресурс ДУ зависят от многих факторов, но в первую очередь здесь следует отметить режим работы и, соответственно, напряженно-деформированное состояние отдельных конструктивных элементов[1].

При определении долговечности по кривым малоцикловой усталости используются: при одноосном напряженном состоянии детали – значения размахов действующих напряжений (деформаций) и средние напряжения цикла, а при сложном

12

напряженном состоянии значения интенсивности размахов главных напряжений и деформаций в опасной точке детали и значения среднего напряжения.

При циклическом нагружении конструкций в зависимости от свойств металла и температуры сопротивление упругопластическим деформациям, при их наличии в зонах концентрации напряжений, может увеличиваться, уменьшаться или оставаться постоянными[2].

Следует отметить, что повреждаемость рабочих лопаток турбины весьма чувствительна к повышению температуры. Уже при повышении температуры на 100-200К число циклов до образования трещин существенно уменьшится, причем важную роль здесь играет статическая прочность лопатки в зоне концентрации напряжений[3].

Решена нестационарная связанная задача определения теплового и напряженно-деформированного состояния в упругопластической постановке.

Задача расчета температурного поля лопатки решалась в трех мерной постановке. Граничные условия задавались в виде условий III-го рода: температуры рабочего газа и коэффициентов теплообмена между рабочим телом и различными участками профиля лопатки и диска турбины как функции времени. Для определения основных характеристик напряженнодеформированного состояния рабочего колеса турбины проведен расчет шести последовательных циклов нагружения типа «запуск- работа-останов».

В качестве типового расчетного цикла принят цикл:

- запуск и максимальный рабочий режим (n =25000 об/мин) 5,5

с;

-останов в течение 5 с;

-выдержка 30 св выключенном состоянии перед началом следующего цикла. Один полный цикл работы 40,5 с.

Анализ результатов расчета позволил проследить динамику нагружения турбины. Результаты позволяют получить основные параметры напряженно-деформированного состояния конструкции

ивид деформированного состояния в заданный момент времени на заданном цикле нагружения.

Решение такого класса задач дает возможность определения основных параметров напряженно-деформированного состояния

13

для нестационарной связной задачи теплового и прочностного расчета в рамках циклического нагружения «запуск-работа- останов» для заданного момента времени. Наряду с этим расчет дает возможность выявить критические места и на основе полученных параметров НДС сделать прогноз о долговечности конструкции.

Литература

1.Напряженно-деформированные состояния ЖРД / Под ред. Махутова Н.А., Рачука В.С.– М.: Наука, 2013.

2.И.В.Демьянушко, И.А.Биргер. Расчет на прочность вращающихся дисков. М.: Машиностроение, 1978

3.Термопрочность деталей машин. Под ред. И. А. Биргера, Б. Ф. Шорра. М.: «Машиностроение», 1975 г., 455 с.

УДК 629.76

ПРИМЕНЕНИЕ ANSYSFLUENT

ДЛЯ МОДЕЛИЛОВАНИЯ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ЖРД

М.С. Проняев, студент группы РД-121 Д.С. Серяпина, студент группы РД-121

Д.П. Шматов,ВГТУ,канд.техн.наук, доц., тел. +7(910)-349-6266

В работе изучается программный комплекс ANSYS и анализируется модуль вычислительной гидрогазодинамикиFLUENT применяемый для совершенствования процесса производства жидкостных ракетных двигателей, а также излагается основа работы модуля FLUENT и его применение в моделировании.

ANSYSЭто универсальный, "тяжелый" конечноэлементный пакет, предназначенный для решения в единой среде на одной и той же конечно-элементной модели задач по прочности, типовому электромагнетизму, гидрогазодинамике, многодисциплинарного связанного анализа и оптимизации на основе всех выше приведенных типов анализа. Программа успешно используется в авиационной и космической технике при моделировании устройств разной сложности и позволяет на ранних этапах проектирования

14