2 / 14
О.В. Короткая
2
Инженерный журнал: наука и инновации
# 12·2016
Таким образом, приобретает актуальность разработка методики,
которая позволила бы свести анализ прочностных характеристик
конструкции к решению задач со значительно меньшей размерностью
конечно-элементных моделей. Для осуществления этого предлагаем
использовать метод подконструкций в комплексе с учетом цикличе-
ской симметрии [2].
Работы в направлении конечно-элементного моделирования ЖРД
проводятся в Германии [3], США [4–6], Индии [7–9], Китае [10]. Не-
смотря на некоторые успехи зарубежных коллег в использовании
МКЭ для расчетов камер сгорания ЖРД, отметим, что точность таких
расчетов оставляет желать лучшего.
Идеи трехмерных расчетов высказывались еще в 1970-х гг., одна-
ко ввиду недостаточных мощностей вычислительной техники возни-
кали сложности при их реализации. В связи с этим в настоящее время
при проведении расчетов используют простейшие двумерные модели
или сильно упрощенные трехмерные модели, которые не позволяют
с необходимой степенью точности оценить напряженно-деформиро-
ванное состояние (НДС) конструкции. Именно поэтому приходится
проводить многочисленные стендовые испытания.
В настоящей статье изложена методика создания оптимальной
конструкции, позволяющая с помощью трехмерных конечно-элемент-
ных моделей подконструкций [11–21], полностью отражающих ре-
альную геометрию изделия, точно определить НДС маршевого дви-
гателя без проведения огневых испытаний. Предлагаемая методика
позволяет также проводить анализ двигателя в постановке задачи ма-
лоцикловой усталости, т. е. ракетного двигателя многоразового ис-
пользования, где в рамках каждого цикла нагружения предполагается
несколько режимов работы двигателя.
Описание методики.
Проведение расчета на прочность с исполь-
зованием МКЭ [22] приводит к анализу довольно громоздких конечно-
элементных моделей. Учет физически нелинейных свойств материа-
лов, сложность конструкции делают прямую конечно-элементную
аппроксимацию практически невозможной. Кроме того, существен-
ные трудности возникают при численной реализации циклического
процесса нагружения с учетом нескольких режимов работы в преде-
лах каждого цикла. Не полностью решена проблема оптимизации
геометрии тракта охлаждения для повышения прочности камеры сго-
рания [3].
В связи с этим разработана методика расчета камеры сгорания и
сопловой части ЖРД (рис. 1).
Предлагаемая методика состоит из двух последовательно выполня-
емых шагов: 1) оптимизации геометрии тракта охлаждения; 2) уточнен-
ного поверочного расчета с использованием подконструкций. В свою
очередь каждый из этих шагов включает в себя несколько этапов.