Инновационная методика расчета и проектирования камеры сгорания ЖРД
Опубликовано: 21.11.2016
Авторы: Короткая О.В.
Опубликовано в выпуске: #12(60)/2016
DOI: 10.18698/2308-6033-2016-12-1560
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов
Изложена методика математического моделирования, позволяющая выполнять расчеты и проектирование камер сгорания жидкостных ракетных двигателей, минимизируя количество стендовых испытаний. В настоящее время основным способом проверки прочности камер сгорания являются многочисленные огневые испытания. Разработанная методика посредством объединения ряда программных комплексов (ANSYS, pSeven) позволяет не только выполнить поверочный расчет конструкции, но также и спроектировать конструкцию с оптимальными параметрами с учетом заданных критериев. Представлен пошаговый алгоритм действий. Приведены рекомендации для расчета камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя на нескольких режимах его работы в постановке задачи малоцикловой усталости. Предложенная методика апробирована при проектировании маршевого двигателя 11Д58МФ.
Литература
[1] Феодосьев В.И. Прочность камеры жидкостного ракетного двигателя. Москва, Оборонгиз, 1957, 212 с.
[2] Короткая О.В., Гаврюшин С.С. Применение циклической симметрии и метода подконструкций в термопрочностном расчете камеры сгорания ЖРД с кислородным охлаждением. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2016, № 1 (670), с. 78-86. DOI: 10.18698/0536-1044-2016-1-78-86
[3] Kuhl D., Riccius J., Haidn O.J. Thermomechanical Analysis and Optimization of Cryogenic Liquid Rocket Engines. Journal of propulsion and power, July-August 2002, vol. 18, no. 4, p. 835-846.
[4] Sutton G.P., Biblarz O. Rocket Propulsion Elements. New York, John Wiley & Sons, 2001, 751 p.
[5] Naraghi M.H.N. A Computer Code for Three-Dimensional Rocket Thermal Evaluation. New York, Tara Technologies, 2002. 106 p.
[6] Naraghi M.H., Dunn S., Coats D. A Model for Design and Analysis of Regeneratively Cooled Rocket Engines. AIAA-2004-3852, Joint Propulsion Conference, Fort Lauderdale, 2004. 13 p.
[7] Asraff A.K., Sunil S., Muthukumar R., Ramanathan T.J. Stress analysis & life prediction of a cryogenic rocket engine thrust chamber considering low cycle fatigue, creep and thermal ratchetting. Transactions of the Indian Institute of Metals, April-June 2010, vol. 63, issues 2-3, p. 601-606.
[8] Babu A., Asraff A.K., Philip N. Fatigue life prediction of a rocket combustion chamber. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering (IOSR-JMCE), September-October 2014, vol. 11, issue 5, p. 12-20.
[9] Asraff A.K., Sheela S., Eapen R.K., Babu A. Cyclic stress analysis of a rocket engine thrust chamber using chaboche constitutive model. Transactions of The Indian Institute of Metals, March 2016, vol. 69, issue 2, p. 495-500.
[10] Cheng Cheng, Yibai Wang, Yu Liu, Dawei Liu, Xingyu Lu. Thermal-structural response and low-cycle fatigue damage of channel wall nozzle. Chinese Journal of Aeronautics, 2013. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.cja.2013.07.045
[11] Короткая О.В. Термопрочностной расчет сопловой части ЖРД с использованием метода подконструкций. Сб. тр. Междунар. конкурса научных работ по приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в Российской Федерации. Москва, НИИ электроники и лазерной техники, 2012, c. 263-269.
[12] Гаврюшин С.С., Красновский Е.Е., Короткая О.В., Стриженко П.П., Катков Р.Э. Использование метода подконструкций для термопрочностного расчета камеры жидкостного ракетного двигателя. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, вып. 4. URL: http://engjournal.ru/catalog/machin/rocket/705.html
[13] Короткая О.В., Гаврюшин С.С. Расчет камеры сгорания перспективного ЖРД на основе метода подконструкций. Материалы XX Междунар. симп. "Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред" им. А.Г. Горшкова. Т. 1. Москва, ООО "ТР-принт", 2014, с. 50-52.
[14] Короткая О.В., Гаврюшин С.С. Расчет камеры сгорания ЖРД с кислородным охлаждением на основе метода подконструкций. Материалы XXI Междунар. симп. "Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред" им. А.Г. Горшкова. Т. 1. Москва, ООО "ТР-принт", 2015, c. 50-52.
[15] Гаврюшин С.С., Короткая О.В., Ягодников Д.А., Полянский А.Р. Расчет и проектирование камеры сгорания перспективного ЖРД на основе метода подконструкций. Ракетные двигатели и энергетические установки: материалы докл. Всерос. науч.-техн. конф., посвящ. 70-летию основания кафедры ракетных двигателей Казанского авиационного института, Казань, Изд-во Казан. ун-та, 2015, с. 149-152.
[16] Короткая О.В., Гаврюшин С.С. Термопрочностной расчет сопловой части камеры сгорания перспективного жидкостного ракетного двигателя с кислородным охлаждением с использованием метода подмоделей для оптимизации финансирования при создании новых ЖРД. Сб. материалов Всерос. науч.-техн. конф. "Ракетно-космические двигательные установки", посвящ. 90-летию со дня рождения заслуженных деятелей науки и техники РФ, лауреатов Государственной премии СССР, профессоров Кудрявцева В.М. и Поляева В.М. и 185-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, ИИУ МГОУ, 2015, с. 65-67.
[17] Короткая О.В., Гаврюшин С.С. Методика расчета и проектирования сверхсложных конструкций с помощью МКЭ и метода подмоделей на примере камеры сгорания ЖРД. Материалы VIII Междунар. науч. симп. "Проблемы прочности, пластичности и устойчивости в механике деформируемого твердого тела", Тверь, Тверской государственный технический университет, 2015, с. 152-155.
[18] Короткая О.В., Гаврюшин С.С. Методика математического моделирования для термопрочностного расчета камеры сгорания инновационного ЖРД. Тр. XXVII Междунар. инновационно-ориентированной конф. молодых ученых и студентов (МИКМУС-2015), Москва, ИМАШ им. А.А. Благонравова АН, 2015, с. 70-72.
[19] Гаврюшин С.С., Короткая О.В. Расчет и проектирование циклически симметричных сложных технических конструкций на примере жидкостного ракетного двигателя. Материалы XXII Междунар. симп. "Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред" им. А.Г. Горшкова. Т. 1. Москва, ООО "ТРП", 2016, с. 76-78.
[20] Гаврюшин С.С., Ягодников Д.А., Короткая О.В. Структурный подход при компьютерном моделировании камер сгорания ЖРД. Сб. тезисов Всерос. науч.-техн. конф. "Механика и математическое моделирование в технике", посвящ. 100-летию со дня рождения Героя Социалистического Труда лауреата Ленинской и Государственной премий СССР чл.-корр. АН СССР заслуженного деятеля науки и техники РСФСР д-ра техн. наук В.И. Фео-досьева, Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016, с. 234-236.
[21] Korotkaya O.V. Substructure Method for Thermal-Stress Analysis of Liquid-Propellant Rocket Engine Combustion Chamber. World Academy of Science, Engineering and Technology, International Science Index 88. International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial and Mechatronics Engineering, 2014, no. 8 (4), p. 734-737.
[22] Zienkiewicz O.C., Taylor R.L. The finite element method: Solid mechanics. Oxford, Butterworth-Heinemann, 2000, 459 p.
[23] Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. Москва, Едиториал УРСС, 2003, 272 с.
[24] Морозов Е.М., Музеймек А.Ю., Шадский А.С. ANSYS в руках инженера: Механика разрушения. Москва, Ленанд, 2010, 456 с.
[25] Аверин И.Н., Егоров А.М., Тупицын Н.Н. Особенности построения, экспериментальной обработки и эксплуатации двигательной установки разгонного блока ДМ-SL комплекса "Морской Старт" и пути ее дальнейшего совершенствования. Космическая техника и технологии, 2014, № 2 (5), с. 62-73.