книги / Тезисы докладов XXVIII научно-технической конференции ПГТУ по результатам научно-исследовательских работ, выполненных в 1991-1994 гг
..pdfтемпературных профилей компонентов в баках ЛА, что становится тру доемкой задачей. Поэтому разработана ЭВМ-программа выбора оптималь ной схемы системы питания с учетом тепловых нагрузок на баковые отсеки ЛАчг
УДК 536.24
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ КОМПОНЕНТОВ В НАТУРНЫХ БАКАХ ЛА
Н.Л.Бачев, Н.Ю.Бачева
При хранении летательного аппарата (ЛА) в заправленном состо янии, а также при полете его на активном участке траектории в ба ковые отсеки поступает тепловой поток, являющийся причиной возник новения конвективных токов в жидком компоненте. В результате под свободной поверхностью компонента образуется прогретая область. Это явление получило название термического расслоения, которое иг рает важную роль при проектировании и эксплуатации системы пита ния КРДУ.
В практических ситуациях приходится иметь дело с такими зна чениями режимных параметров (числа Грасгофа и Релея), которым со ответствует турбулентный режим конвекции. В данной работе числен ным решением нестационарных уравнений тепловой конвекции в пере менных ’’скорость, давление, температура” методом контрольного объе ма определяются поля течения и температуры в режиме турбулентной конвекции без привлечения дополнительной эмпирической информации.
Расчетная область разбивается на некоторое число контрольных объемов. Уравнения тепловой конвекции интегрируются по каждому контрольному объему и интервалу времени. Полученные дискретные аналоги выражают законы сохранения массы, энергии и импульса на любой группе контрольных объемов, т.е. во всей расчетной области. Поэтому даже решение на грубой сетке удовлетворяет точным интег ральным балансам.
Описанный алгоритм реализован в ЭЕМ-программе расчета течения и теплопереноса в баках ЛА. Получены численные результаты, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными.
ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМОСИШАЛОВ ДЛЯ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН И АКВАТОРИЙ
В.В.Якимов, О.П.Матюнин
Применение пневматических источников для работ на больших глубинах до 10 км затруднительно из-за потребности в громоздких компрессорах для обеспечения высоких давлений. Известен твердо топливный источник (а.с. № 276308 (СССР) от 13.07.87 г.), кото рый работает на парогазовой смеси при Т = 1000 °К, поступающей из твердотопливного газогенератора. Газогенератор разделен порш нем, с вмонтированными в него форсунками, на две полости. В од ной находится вода, в другой - твердотопливный заряд. Под дейст вием давления газа жидкость (вода) впрыскивается с помощью фор сунок в полость горения заряда, где испаряется, и образующийся парогаз поступает в источник под высоким давлением. Недостаток этого источника - низкая эффективность работ на больших глуби нах, когда требуются дискретные сигналы через определенные про межутки времени. Этот же газогенератор работает в режиме полно го выгорания топлива.
Предлагаемый в данной работе источник позволяет последова тельное включение по наперед заданному закону. Газогенератор со стоит из параллельно или последовательно расположенных секций, изолированных друг от друга. Включение каждой из них осуществля ется от своего пирозапала по команде с земли или надводного средства. Наличие электромагнитного клапана позволяет работать источнику в режиме накопления одиночными сигналами в виде гид равлического удара струи перегретого парогаза. Наличие в источ нике датчиков давления и температуры позволяет контролировать работу источника. Энергия сейсмосигнала определяется временем цикла ( X = 0,001 с), расходом парогаза и скоростью истечения парогаза.
Проведенное экспериментально-теоретическое исследование поз воляет обоснованно выбирать проектные параметры П1Т. Разработаны рекомендации по его конструкции.
УДЕС 629.7.036.5
НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ В РЕГУЛИРУЕМОМ РДГТ С ТЕПЛОВЫМ НОЖОМ
В.И.Петренко, В.Л.Попов
Регулируемый РДТТ с тепловым ножом (ТН) является системой с ярко выраженными нестационарными процессами. Наиболее существен ными из них являются следующие:
1.Взаимодействие ТН с поверхностью горения твердого топлива как в режиме катализа, так и в режиме активного "врезания" в топ ливо. Эффективность взаимодействия определяет глубину регулирова ния тяги (расхода).
2.Прогрев телескопического гидропривода ТН со стороны кана ла заряда. Прогрев влияет на стойкость материальной части и вяз кость масла в системе регулирования газоприхода.
3.Частотное взаимодействие ТН с поверхностью заряда, вызван ное динамикой работы гидропривода и алгоритмом системы управления. Качество процесса определяет точность стабилизации внутрикамерного давления на квазистационарных участках работы и на картину распре деления колебаний в гидравлической системе.
4.Взаимодействие ТН с поверхностью горения при переходе дви гателя с режима на режим. Это взаимодействие определяет длитель ность переходных процессов.
Рассмотрена физическая картина перечисленных эффектов, постро ены адекватные математические модели, проведены параметрические ис следования и физические эксперименты на модельных установках и
опытных образцах. Показано, что нестационарными процессами .в РДГТ с ТН можно эффективно управлять доступными техническими средствами.
СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ РДТТ
С.Г.Ярушин
Утилизация крупногабаритных РДТТ является сложной инженерной операцией. Известные методы извлечения твердого топлива экологи чески вредны, а в раде случаев технически небезопасны.
Как правило, утилизация сводится к выжиганию топлива из кор пуса при снятой сопловой крышке. При этом все продукты сгорания (ПС) (а это десятки тонн) попадают в атмосферу, а органопластиковый корпус утилизации, т.е. полезному использованию, не подлежит.
Предложен новый метод утилизации, позволяющий:
-предотвратить выброс вредных ПС в атмосферу;
-использовать корпус по новому назначению без потери конст рукционной прочности;
-использовать повторно или переработать извлеченные части
топлива; - управлять процессом утилизации (например, приостанавливать
режим вырезки, производить контроль и т.д.).
Суть метода сводится к созданию условий только для принуди тельного горения топлива, т.е. горения под действием внешнего ис точника энергии. Технически это сводится к следующему.
РДТТ в вертикальном положении и снятой сопловой крышкой по гружается в бассейн на глубину 8-10 м от уровня воды. К поверхно сти горения заряда подводится газовая горелка (или система горе лок). Горение твердого топлива будет происходить только в зоне под горелкой. При отводе горелки от поверхности или отключении подачи газа, благодаря отрицательному балансу тепла, горение пре
кращается.
Из-за малого газоприхода вредные ПС будут почти полностью поглощаться, реагировать с водой, что предотвратит их выброс в атмосферу. Одновременно для нейтрализации получающегося раство ра вводятся необходимые компоненты. Очевидно, что и корпус РДТТ при таком процессе не подвергнется нагреву, а следовательно, со хранит свою прочность.
УДК 678.063:51.001.57
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРНО-ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОВАНИЯ РЕЗИНОПЛАСТИКОВЫХ АМОРТИЗАТОРОВ
В.С.Нечаев, В.В.Севастьянов
Обоснована физическая схема й разработана математическая мо дель расчета процесса неизотермической вулканизации многослойных резинопластиковых амортизаторов различных форм (плоских, цилинд рических, сферических). Численная методика расчета реализована в виде Фортран-программы на персональном компьютере.
По разработанной методике анализировались различные законо мерности неизотермической вулканизации 21-слойноЙ конструкции резинопластикового плоского амортизатора. При этом оценивалось влияние теплофизических свойств композиционных материалов (углеборостекла и органопластиков), толщин слоев (они менялись в пре делах I...2 мм), а также темпов нагрева на особенности вулканиза ции эластомеров в исследованной конструкции.
Анализ завершенности процесса вулканизации эластомеров про
водился сравнением коэффициентов перевулканизаций |
К каждого |
слоя в отдельности, а также в целом конструкции |
(в этом случае |
сравнивались коэффициенты торцевых и центральных слоев эластоме ров). На основе такого анализа установлены оптимальные темпера турно-временные параметры формования многослойный амортизаторов с различными вариантами применения в них композиционных матери алов.
Так, для конструкции с толщиной слоев тарелЭЙ в 2 мм выход на режим нагрева от 100 до 150 °С необходимо вес'ГИ со скоростями
0,28...0,2/ К/мин, что соответствует Г gux = 3...4 ч в зави симости от типа ПКМ в тарелях. Скорость 0,28 К/мйН соответствует углепластикам, а скорость 0,2 К/мин - органоплас^Икам. Скорости нагрева для конструкций с другими ПКМ будут промЭЛдгточными между этими значениями. Минимальное время выдержки ^g при t =
= 150 °С составляет в этих случаях 3...5 мин. Реальные значения tg можно увеличить с учетом возможных разбросов в свойствах изучаемых материалов.
Реализация таких параметров в технологической практике поз воляет свести к минимуму значения коэффициентов перевулканизации (К — * I), т.е. проводить процесс нагрева и вулканизации конструк ций практически в изотермических условиях, что способствует повы шению долговечности эластомерной конструкции.
УДК 621.I.016 + 536.2
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ УГЛЕРОДНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ГАЗОВЫМИ ПОТОКАМИ
В.С.Нечаев, В.В.Севастьянов
При применении углеродных композиционных материалов (тради ционных углепластиков и утлерод-утлеродных композиций) в двигате лях летательных аппаратов в качестве теплозащитных и эрозионно стойких материалов актуальными являются вопросы взаимодействия их с химически активными двухфазньми газовыми потоками.
По современным представлениям определяющее влияние на высо котемпературное разрушение этих материалов оказывает химическая
эрозия, причем для обычных углепластиков разрушение |
происходит |
|||
в диффузионном режиме |
окисления, |
а для утлерод-утлеродных компо |
||
зиционных материалов |
(УУКМ) - в кинетическом режиме. |
|
||
На примере газохода, изогнутого в средней части на 90° и об |
||||
лицованного с внутренней |
стороны УУКМ (один из вариантов) и тра |
|||
диционным углепластиком |
(другой вариант )f рассчитаны скорости уно |
|||
са их в различных окислительных |
срезах. Основные характеристики |
|||
этих сред: В т - 0,5. ..0,35, Т |
= 1480...3380 К, V |
= ТОО м/с, |
||
Р = 4 МПа. Анализируя балансовые уравнения подводимых и отво |
димых от углеродной поверхности реагентов, выведены математичес кие соотношения для расчета скоростей окисления рассматриваемых материалов, более точно учитывающие происходящие физико-химичес кие процессы, чем известные в литературе зависимости. С использо ванием их и приведены все расчеты.
В поворотной части газохода существенно также влияние К-фазы газового потока. С использованием существующих в литературе зави симостей оценен дополнительный (по сравнению с химической эрозией) вклад в суммарный унос массы от действия К-фазы. Полученные
расчетные результаты сравниваются с экспериментальными дан ными.
Расчет температурного поля, также необходимого при анализе исследуемых процессов, проводился по численной методике, осно ванной на решении уравнения теплопроводности методом прогонки; при составлении разностных уравнений в разработанной методике использован интегральный метод. В методике тепловых расчетов за программирована обобщенная математическая модель решения уравне ния теплопроводности, позволяющая рассчитывать температурные по ля многослойных стенок различных форм (плоских, цилиндрических, сферических) и при реализации любого из существующих граничных условий нагрева.
УДК 662.23.002.8
РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИХ ПРОДУКТОВ
ВРАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА
В.В.Севастьянов,В.С.Нечаев,0.П.Матюнин, В.В.Якимов, К.В.Црохоренко
Из многочисленных методов утилизации для практической реали зации были выбраны методы, основанные на возможном растворении исследуемых топлив в некоторых растворителях.
Основным растворителем был выбран ацетон. Обоснование этого растворителя было проведено с помощью теории растворения Гильде бранда - Скетчарда.
В процессе дальнейших исследований были обоснованы основные положения растворения БТТ в условиях статического и динамического воздействия растворителя, на основе которых была спроектирована и изготовлена экспериментальная установка для изучения динамичес ких процессов растворения твердотопливных шашек БТТ. Получены экспериментальные данные по растворению реальных твердотопливных шашек, подтверждающие работоспособность установки.
С учетом предложенного метода растворения был разработан ди рективный технологический процесс утилизации зарядов БТТ вспомо гательных ДУ. Процесс предусматривает безопасное гидродинамичес
кое разрушение различных элементов газогенератора (заглушек, мем бран и т.д.) и растворение твердотопливного заряда в корпусе га зогенератора ацетоном с последующим испарением растворителя из раствора и выпариванием полученного мелкодисперсного порошка ЕГТ. Полученный таким образом порошок ЕГТ может использоваться как энергетическое сырье, а также и как исходный продукт для дальней шей переработки. Освободившиеся корпуса газогенераторов могут ис пользоваться для создания стационарных противопожарных установок небольших помещений.
Был исследован один из вариантов использования полученного порошка ЕГТ как исходного материала для дальнейшей переработки с помощью метода денитрации. Проведенные лабораторные исследования позволили установить компоненты и основные параметры денитрационного раствора. Обедненный азотом после денитрации продукт ЕГТ может быть использован в дальнейшем как полимерйкй продукт в про изводстве нитроэмалей, красок, мастик, а также термопластов типа целлулоида, этрола, которые широко используются для получения пленок, галантерейных изделий, детских игрушек и т.д.
УДК 620.7.036.54 (075.8)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ УТИЛИЗИРУЕМЫХ РАКЕТНЫХ ДН1ГАТЕЛЕЙ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
К.В.Прохоренко, В.В.Севастьянов, С.В.Якимов
Известно, что проблемы конверсии оборонной промышленности по ставили перед разработчиками ракетной техники задачи по использо ванию отработанных и снимаемых с вооружения ракетных двигателей в новом (мирном) качестве.
Для анализа возможности использования корпусов первой, вто рой и третьей ступени МБР в качестве различных объектов народного хозяйства были выбраны проекты водонапорных башен*
Проведенные проектно-исследовательские работы показали техни ческую и экономическую целесообразность использования корпусов ра кетных двигателей для емкостей водонапорных башен системы Рожновского. Они применяются для систем водоснабжения малых объектов (фермы и т.д.), мобильны в строительстве, имеют относительно невы сокую цену.
Минимальная технологическая доработка корпуса двигателя поз воляет максимально использовать унифицированные конструкции суще ствующих башен и строительно-монтажную технологию.
Как показывает технико-экономический анализ, реализация дан ного проекта позволяет повысить срок эксплуатации емкости башни за счет прочности материалов корпуса. Стоимость башни сохраняется в пределах существующих нормативных цен.
Конъюнктура рынка, только по оценке одного потенциального за казчика "Агропромсервис", свидетельствует о больших перспективах применения утилизированных корпусов двигателей для народнохозяйст венных целей.
УДК 629.76.036.54-66.064.2
МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ХОЛОДНЫХ И ОШЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ ПАРОГАЗОГЕНЕРАТОРА НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ
Б.Ф.Потапов
Сцелью уточнения расчетной модели парогазогенератора и опыт ного подтверждения результатов расчетов, отработки его конструкции
проведены следующие виды испытаний П1Т: холодные испытания, авто номные огневые испытания и огневые испытания в составе бросковой установки.
Известно, что адекватная математическая модель ПГТ может быть построена при наличии достоверных данных о параметрах его рабочего процесса.
Решалась задача идентификации параметров рабочего процесса применительно к отдельным объемам ПГТ (камера сгорания газогенера
тора, емкость с водой, реактивное пространство). Так, если |
(К |
уу |
|
Т . Q .Г1 ) — * Р - прямая задача моделирования (где К 9Т 9Q , |
|
Г - множество параметров, определяющих конструкцию; Q , Г |
- не |
точно определенные параметры; Р - множество ординат давления - в различных объемах), то при известной структуре модели М символи чески задача идентификации записывается в виде
где Q и V - искомые параметры.