Тезисы докладов XXVIII научно-технической конференции ПГТУ по результат

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ: д-р физ.-матем.наук Ю.В.СОКОЛКИН; канд.физ.-матем.наук А.А.ТАШКИНОВ; д-р техн.наук В.Г. АВГУСТИНОВИЧ

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

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

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

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