Аэрокосмическая техника высокие технологии и инновации – 2015

программировать 4-, 5-координатную обработку. Модуль обеспечивает верификацию многоосевой обработки и имеет графический редактор, который может быть использован для построения 3D-модели детали. В общем случае процесс работы в CAM-системах может быть поделен на четыре этапа [2].

На первом этапе осуществляется ввод данных с чертежа

вприложение для построения объемной модели детали. Объемная модель представляет собой совокупность простых элементов моделирования.

На втором этапе данные технологического процесса вводятся в приложения для моделирования траектории движения режущего инструмента. К этим данным относятся информация о станке, материале заготовки, ее размерах и прочих параметрах, способе ее крепления на столе станка, данные о режущем инструменте. Инженер-технолог, работающий с приложением после ввода всех необходимых данных, включая изготовленную ранее объемную модель, приступает к заданию траекторий движения режущего инструмента, необходимых для формирования обрабатываемых поверхностей. Задание траектории осуществляется путем указания геометрии на объемной модели и задания типовой траектории из списка с последующим указанием всех параметров. На этом этапе разработчику программы необходимо задать правильную последовательность технологических переходов, учитывая их взаимное влияние, параметры съема материала и режимы обработки. Чистовую обработку следует проводить так, чтобы получить необходимые параметры шероховатости обрабатываемых поверхностей и выдержать предельные отклонения согласно установленным квалитетам точности. Большинство CAM-приложений имеют функцию автоматического расчета режимов резания, однако эти данные обобщенные и требуют коррекции для каждой конкретной ситуации [3]. Таким образом,

вконце второго этапа имеется определенная последовательность траекторий движения инструмента в соответствии с технологическим процессом.

191

Третьим этапом является моделирование процесса обработки детали, называемого верификацией. Приложение-верификатор имеет в библиотеке данные о конфигурации станка. Остальные данные передаются из CAM-приложения. После загрузки данных происходит моделирование процесса получения из заготовки готовой детали. Данная процедура позволяет выявить ошибки, допущенные на предыдущем этапе, определить, правильно ли заданы все типовые траектории и верно ли получатся размеры. Во многих приложениях-верификаторах имеются виртуальные измерительные устройства, функции сечения, анализа зарезов и снятого материала. Однако приложение не позволяет смоделировать такие параметры, как деформация, вызванная неправильным заданием последовательности обработки или другими причинами, получаемая шероховатость поверхности (этот параметр во многом зависит от качества инструмента) и т.д. Существует достаточно много параметров, которые невозможно смоделировать в приложении. Это должен предусматривать инженер, разрабатывающий программу. Назначение процедуры верификации – выявить и устранить ошибки, допущенные во время выполнения второго этапа [4]. На рисунке представлен процесс задания траектории в приложении MasterCAM X6 с последующей верификацией. Таким образом, приложение-верификатор способно в значительной степени заменить процесс отработки управляющей программы на реальном оборудовании и тем самым сэкономить затраты на заготовки для отработки и время.

Рис. Верификация процесса обработки в MasterCAM

192

Последний этап – вывод управляющей программы. Каждое CAM-приложение имеет свою кодировку информации. Файл, содержащий последовательность команд, разработанную на втором этапе, сохраняется приложением и называется CL-файлом. Станки, на которых предстоит изготовление детали, снабжены существенно различающимися между собой системами числового программного управления (ЧПУ).

Для вывода информации в соответствии со стандартом, применяемым в конкретной системе ЧПУ, используется специальное приложение – постпроцессор. Приложение переводит последовательность команд с языка CL-файла на язык, понятный системе ЧПУ станка. Приложением создается файл управляющей программы, который затем загружается на конкретный станок с помощью переносного носителя информации или передается по сети через СОМ-порт непосредственно на станок. При необходимости оператор может осуществлять редактирование кода управляющей программы непосредственно на стойке ЧПУ [5]. По завершении всех перечисленных этапов выполняется обработка детали на станке. Практика показала, что применение CAD/CAM-систем при программировании обработки сложных поверхностей с применением станков с ЧПУ значительно сокращает процесс разработки управляющих программ и является наиболее эффективным при выполнении единичных и мелкосерийных заказов. Использование типовых траекторий существенно ускоряет процесс создания УП, многие поверхностные и многоосевые траектории создать без современных приложений невозможно. Использование объемного моделирования сокращает время разработки программы и снижает риск допущения ошибки. При изготовлении деталей партиями обеспечивается минимальный разброс погрешности обработки, достигается высокая точность и качество поверхности.

193

Библиографический список

1.Каталог САПР. Программы и производители. – М.: СО-

ЛОН-ПРЕСС, 2006. – 608 с.

2.Ловыгин А.А., Васильев А.В., Кривцов С.Ю. Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM система. – М.: Эльф ИПР, 2006. – 286 с.

3.Руководство по эксплуатации вертикального обрабатывающего центра MCV 1000/ АО Ковосвит МАС. – 2014 г.

4.PTC CreoParametric. Техническое описание. – PTC Inc.,

2014.

5.Руководство пользователя HEIDENHAIN iTNC 530. Traunreut, Germany, 2014.

194

УДК 621.454.3.03:539.319:536.463

УЧЕТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЗАРЯДА ПРИ РАСЧЕТЕ ВНУТРИБАЛЛИСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РДТТ

В.В. Яковина1,2, В.И. Малинин2

1АО «Научно-исследовательский институт полимерных материалов», Пермь, Россия

e-mail: niipm@pi.ccl.ru

2Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

e-mail: rkt@pstu.ru

Для повышения точности расчета внутрибаллистических параметров зарядов из высоконаполненного смесевого твердого топлива необходимо учитывать зависимость скорости горения от напряженно-деформированного состояния. Применительно к зарядам канально-щелевой формы предложено уточнить вид эмпирического закона скорости горения введением добавочного слагаемого, учитывающего степень деформированности горящей поверхности. На примере типовой конструкции заряда представлен алгоритм получения уточненного закона скорости горения и проведена оценка результатов расчета внутрикамерного давления в сравнении с экспериментальными данными.

Ключевые слова: заряд, высоконаполненное смесевое твердое топливо, напряженно-деформированное состояние, скорость горения, внутренняя баллистика.

Для повышения точности расчета внутрибаллистических характеристик (ВБХ) заряда смесевого твердого топлива (СТТ) необходимо учитывать зависимость скорости горения не только от давления продуктов сгорания и параметров потока, но и от напряженно-деформированного состояния (НДС) топливного блока [1, 2]. Практика отработки зарядов из высоконаполненных СТТ [3] с высоким единичным импульсом, в соста-

195

ве которых массовая доля полимерного связующего не превышает 15 %, устанавливает эффект существенного повышения скорости горения заряда, находящегося в НДС, что обусловлено особенностями полимерной структуры высоконаполненных СТТ и процесса их горения. Особенно актуальна данная проблема для конструкций зарядов с высокой степенью заполнения топливом камеры сгорания РДТТ, где уровень НДС значителен. Проведенные на образцах топлива опыты свидетельствуют о зависимости скорости горения от деформации. В реальных зарядах неучет повышения скорости горения приводит к значительным погрешностям в расчете ВБХ, например занижению внутрикамерного давления по сравнению с опытным на 10–20 %. Для типовой конструкции однорежимного канальнощелевого заряда моделируется учет зависимости скорости горения от деформации топлива без углубления в особенности процесса горения СТТ.

Для учета НДС в первом приближении предлагается уточнить вид эмпирического закона скорости горения, входящего в систему уравнений внутренней баллистики. В известную формулу вводится слагаемое, учитывающее деформированность горящей поверхности:

где U1 , ν, A – коэффициенты, зависящие от свойств СТТ и опре-

деляемые экспериментально на его образцах. Коэффициент А может быть определен расчетным путем по экспериментальным данным зарядов-аналогов из той же марки СТТ; P – текущее

давление продуктов сгорания в камере РДТТ; ε E – осред-

ненная по длине заряда окружная деформация на поверхности канала топливного блока, рассчитанная для текущей толщины сгоревшего свода ∆E. Для упрощения в процессе расчета

ε E давление принимается постоянным и равным среднему

за период работы РДТТ, что обусловлено выбором характерной конструкции однорежимного заряда (рис. 1) с нейтральной зави-

196

симостью давления от времени работы P(τ). Таким образом, в формулу (1) включена линейная зависимость от компоненты деформации ε . Основными факторами, вызывающими дефор-

мацию заряда, считались его температура Т и давление в камере P. На горящей поверхности топлива максимальных значений достигается окружная компонента деформации, что обусловило выбор критерия деформированности.

Для представленной на рис. 1 конструкции однорежимного канально-щелевого заряда из высоконаполненного СТТ формула (1) имеет вид

где T 50 o C ( E) 4,445 е 0,34 Е ; T 50 o C ( E) 12,682 е 0,32 Е. .

Рис. 1. Эскиз конструкции канально-щелевого заряда РДТТ

Рис. 2. Графики зависимости давления Pотн в камере РДТТ от времени работы τотн с учетом/без учета деформации топлива

(Pотн = Pтекущее / Pсреднееопыт , τотн= τтекущее / τопытполное )

197

На рис. 2 в относительных величинах представлены сравнительные графики рассчитанного и опытного рабочего давле-

ния в камере РДТТ от времени работы при температурах заряда

T = ±50 оС.

Сравнительная оценка погрешности расчета среднего и максимального давления и полного времени работы РДТТ представлена в таблице.

Таким образом, представлена модель учета НДС канальнощелевого заряда при оценочных расчетах ВБХ, основанная на корректировке закона скорости горения введением линейной

Оценка погрешности расчета некоторых ВБХ

зависимости от средней окружной деформации канала. Проведена сравнительная оценка точности полученных результатов расчета ВБХ типового заряда из высоконаполненного СТТ.

Библиографический список

1. Внутренняя баллистика РДТТ/РАРАН / А.В. Алиев [и др.]; под ред. А.М. Липанова и Ю.М. Милехина. – М.: Машиностроение, 2007. – 504 с.

2.Соркин Р.Е. Теория внутрикамерных процессов в ракетных системах на твердом топливе: внутренняя баллистика.– М.:

Наука, 1983. – 288 с.

3.Косточко А.В., Казбан Б.М. Пороха, ракетные твердые топлива и их свойства. Физико-химические свойства порохов и ракетных твердых топлив: учеб. пособие / Федер. агентство по образованию, Казан. гос. технол. ун-т. – М.: ИНФРА-М, 2013. – 400 с.

198

УДК 533.697

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОВЫШЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В РДТТ

ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ ЕГО ВОДОЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

А.Е. Голубев, И.С. Мальцев

АО «Научно-исследовательский институт полимерных материалов», Пермь, Россия

е-mail: niipm@pi.ccl.ru

Рассматривается одна из возможных аварийных ситуаций, возникающих при эксплуатации ракетной техники, а именно – внезапное заполнение РДТТ водой под давлением и связанное с этим повышение температуры воздуха в его камере. Процесс повышения температуры воздуха в камере РДТТ приближенно описывается на основе первого закона термодинамики и политропного процесса. По уровню повышения температуры воздуха в камере можно оценить возможность или невозможность воспламенения наполнителя РДТТ и соответственно степень опасности процесса заполнения РДТТ водой под давлением. Результаты расчета сравниваются с экспериментальными данными.

Ключевые слова: РДТТ, вода, давление, температура воздуха в камере, воспламенение, степень опасности.

В процессе эксплуатации ракетной техники могут возникать различные аварийные ситуации. Одной из таких аварийных ситуаций является внезапное заполнение свободного объема камеры РДТТ водой под давлением. В связи с этим в процессе проектирования и отработки возникает необходимость в расчетном анализе степени повышения температуры воздуха в РДТТ при заполнении его водой под давлением для последующей оценки вероятности воспламенения наполнителя. Такой анализ приближенно можно провестинаосновепервого законатермодинамики.

Уравнение первого закона термодинамики для бесконечно малого промежутка времени представляется в виде [1]

199

где А – механический эквивалент теплоты; dL – работа на сжатие воздуха (с минусом); dU – приращение внутренней энергии воздуха; dQ – теплота, воспринимаемаяматериаламикамерыиводой.

Согласно этому закону работа (dL), затрачиваемая в данном случае на сжатие воздуха, будет расходоваться на повышение внутренней энергии (температуры) воздуха (dU) и на теплоту (dQ), воспринимаемую элементами камеры и водой. Принимаем допущение, что сжатие воздуха в камере подчиняется политропному процессу. С учетом этого допущения раскроем слагаемые уравнения (1) согласно работе [2]:

где mв – масса воздуха; к – показатель политропы воздуха; R – газовая постоянная воздуха; Твi , Твi 1 , рвi , рвi 1 – температура и давление воздуха на временном шаге счета i и i 1 ; 1 , 2 – коэффициенты теплообмена воздуха с внутренней поверхностью камеры и с водой; Sпi , Sжi – площадь внутренней поверхности камеры и поверхности поступающей воды; св – теплоемкость воздуха; i , i 1 – время на шаге счета i и i 1 .

Таким образом, величины dL, dU, dQ выражаются через температуру, давление, теплоемкость, массу воздуха, через коэффициенты теплообмена, площади поверхностей элементов камеры и разности температур воздуха и элементов камеры.

Для политропного процесса связь между давлением и температурой

200