Аэрокосмическая техника высокие технологии и инновации – 2015

С учетом соотношения (5) выражение (4) преобразуется к

виду

Подставляя выражения (2), (3) и (6) в уравнение (1), находим формулу для расчета температуры воздуха Твi 1 в камере РДТТ на временном шаге i 1 по ее значению на шаге i

Показатель политропы на каждом шаге счета уточняется по формуле [2]

к Lg(p2 / p1 ) / [Lg( p2 / p1 ) Lg(T2 / T1 )] .

Для расчета температуры воздуха по формуле (7) камера рассматривалась в виде трубы диаметром 170 мм и длиной 2,5 м с внутренним теплозащитным покрытием толщиной 10 мм, с крышками на торцах трубы, при этом она находилась в вертикальном положении. Заполнение трубы водой под давлением производилось с нижнего торца. Поступление воды внутрь трубы принималось таким, чтобы давление в трубе изменялось от начального значения 0,1 МПа (1,0 кгс/см2) до конечного значения 3,5 МПа (35,0 кгс/см2) со скоростью 0,12 МПа/с. В результате расчета получено, что температура воздуха в трубе повыша-

ется с 20 до 200–210 ºС.

В ходе эксперимента установлено, что при вертикальном расположении трубы максимальное значение температуры воздуха достигает уровня 190–195 ºС, а при горизонтальном расположении – уровня 145–150 ºС. Более высокие значения температуры воздуха при вертикальном расположении трубы объясня-

201

ются тем, что площадь поверхности поступающей воды, с которой происходит теплообмен сжимаемого воздуха, гораздо меньше площади воды при горизонтальном расположении трубы. После прекращения подачи воды снижение температуры воздуха в трубе происходит медленнее, чем ее нарастание при подаче воды.

Таким образом, предложенный алгоритм позволяет произвести приближенную оценку степени повышения температуры воздуха в РДТТ при заполнении его водой под давлением.

Библиографический список

1.Воронин Г.И. Основы термодинамики и теплопередачи. –

М.: ГИОП, 1958. – 343 с.

2.Рипс С.М. Основы термодинамики и теплотехники. – М.: Высшая школа, 1968. – 344 с.

202

УДК 534.874.1

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА МОДАЛЬНОГО СОСТАВА ШУМА ТУРБУЛЕНТНОЙ СТРУИ

Е.С. Черенкова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

e-mail: cherenkova-zh@mail.ru

Создан программный продукт для определения модального состава шума турбулентной струи. Тестирование программы выполнялось на основе идентификации модального состава заданного эталонного сигнала, а затем на основе экспериментальных данных, полученных в Центральном аэрогидродинамическом институте им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ). Результаты расчетов по разработанной программе показали хорошее согласование с результатами ЦАГИ.

Ключевые слова: авиационный двигатель, турбулентная струя, шум, модальный состав, метод азимутальной декомпозиции.

В настоящее время ужесточаются требования к акустическим характеристикам двигателей гражданской авиации. Одним из основных источников шума авиационного двигателя является струя. Полностью шум струи устранить невозможно, но можно повысить эффективность борьбы с ним путем «настройки» средств шумоподавления на наиболее энергоемкие гармоники, для чего необходимо знать модальный состав звукового поля.

Относительно недавно российскими учеными был разработан новый метод исследования шума турбулентной струи на основе синхронного многоканального анализа звукового поля с помощью микрофонных решеток (метод азимутальной декомпозиции) [1–3]. Впервые данный метод был использован для ана-

203

лиза вихревых колец, исследование которых в последнее время интенсифицировалось в направлении численного моделирования [4–7]. Сам метод азимутальной декомпозиции позволяет разложить измеренный шум на азимутальные компоненты в отличие от общепринятых подходов, в которых шум измеряется как почти изотропный, в результате чего выделить азимутальные гармоники не удается.

Основными этапами метода являются:

1. Проведение эксперимента для получения сигнала с микрофонов:

2. Определение матрицы расположения микрофонов:

где θ – угол расположения микрофона.

3. Нахождениекоэффициентовмультипольногоразложения:

где A, B – коэффициенты разложения; r – радиус микрофонной решетки; χ – полярный угол.

204

4.Перевод сигнала в частотную область s(t)→s(ω) с помощью быстрого преобразования Фурье.

5.Вычисление энергетического спектрав заданной полосе

частот:

Для реализации данного алгоритма авторами был создан программный продукт. Тестирование программы выполнялось на основе идентификации модального состава заданного тестового сигнала, который представлял собой сумму мультиполей на различных частотах. Все моды были идентифицированы верно.

Рис. Сопоставление направленности мод при обработке программным обеспечением ПНИПУ и ЦАГИ в диапазоне частот 600–800 Гц

205

Также по разработанной программе была выполнена обработка экспериментальных данных, полученных в ЦАГИ, на струе в заглушенной камере АК-2 [8]. Результаты определения модального состава шума струи по разработанной программе показали хорошее согласование с результатами расчетов ЦАГИ (рисунок).

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Правительства РФ по Постановлению № 220 «О мерах по привлечению ведущих ученых в российские образовательные учреждения высшего профессионального образования» по договору № 14.Z50.31.0032.

Библиографический список

1. The role of largescale vortex in a turbulent jet noise / V.F. Kopiev, M.Yu. Zaitsev, S.A. Chernyshev, A.N. Kotova // AIAA Paper 99-1839. – 1999. – 13 p.

2.Kopiev V.F. Azimuthal decomposition of turbulent jet noise and its role fordiagnostic of noise sources // VKI Lecture Series 2004–2005 “Advance inAeroacoustics and Applications”. – P. 1–24.

3.Vortex ring input in subsonic jet noise / V.F. Kopiev, M.Yu. Zaitsev, S.A. Chernyshev, N.N. Ostrikov // International Journal of Aeroacoustics. – 2007. – Vol. 6, no. 4. – P. 375–405.

4.Моделирование формирования и динамики вихревого

кольца / И.В. Храмцов, П.В. Писарев, В.В.Пальчиковский, Р.В. Бульбович // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2014. – № 39. – С. 127–144.

5.Численный анализ газодинамических характеристик

вихревого кольца / И.В. Храмцов, П.В. Писарев,В.В. Пальчиковский, Р.В. Бульбович, В.В. Павлоградский // Актуальные проблемы современного машиностроения: сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. / Юрг. технол. ин-т. – Томск, 2014. –

С. 186–190.

206

6.Разработка генератора вихревых колец со сменными со-

пловыми насадками / И.В. Храмцов, П.В. Писарев, В.В.Пальчиковский, Р.В. Бульбович, В.В. Павлоградский // Актуальные проблемы современного машиностроении: сб. тр. Междунар. науч.- практ. конф. / Юрг. технол. ин-т. – Томск, 2014. – С. 194–199.

7.Храмцов И.В., Писарев П.В., Пальчиковский В.В. О численном исследовании размеров закона движения вихревого кольца // Математическое моделирование в естественных нау-

ках. – 2015. – Т. 1. – С. 461–463.

8.Копьев В.Ф., Фараносов Г.А. Обобщение метода азимутальной декомпозиции звукового поля компактного источника на случай измерения вблизи жесткой поверхности // Акустиче-

ский журнал. – 2015. – Т. 61, № 1. – С. 65–68.

207

УДК 678.017:678.019.391

ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИУРЕТАНА МЕТОДОМ УСКОРЕННЫХ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ

Д.С. Гуров1, 2, Е.А. Новоточинова2, Ю.Т. Одинцов2, В.М. Зиновьев1, 2, С.В. Ерышканов1, 2

1Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

2АО «Научно-исследовательский институт полимерных материалов, Пермь, Россия

e-mail: gurov23@list.ru

Полиуретан на основе СКУ-ПФЛ-100 исследован на предмет сохранения эксплуатационных свойств методом ускоренного теплового испытания. Выявлено, что в герметичных условиях твердость и прочность образцов снижаются наряду с уменьшением массы и ростом относительной деформации, что может говорить о вероятной деструкции. Выполнен прогноз изменения механических характеристик полиуретана с помощью установленных кинетических и температурных зависимостей, описывающих закономерности развития процесса деструкции.

Ключевые слова: полимерные материалы, полиуретан, старение, искусственная морская вода, механические характеристики.

Прогноз изменения характеристик особенно важен для установления сроков службы конструкционных материалов, если они находятся в агрессивных средах. Конструкции, долгое время находящиеся под водой, необходимо защищать слоями различных полимерных материалов, например полиуретанами.

В зависимости от состава полиуретанов сильно меняются и эксплуатационные свойства, определяющие срок службы. Одной из наших задач была проверка сохраняемости этих свойств.

208

За рубежом старению полиуретанов посвящено много работ [1–6], в том числе старению в воде [4–6]. Отечественные исследования [7] в большей степени посвящены старению полиуретанов в атмосферных условиях. В любом случае, только малая часть всех этих исследований дает сведения об энергии активации процесса старения (которая позволяет делать долгосрочные прогнозы). В наши задачи также входило дополнение российских исследований полиуретанов в различных условиях и получение кинетическую информацию, пригодную для прогноза.

В серии экспериментов использовался полиуретановый материал, изготовленный на основе форполимера СКУ-ПФЛ-100. Материал был представлен в виде прямоугольных пластин размером 100×150 мм либо 80×150 мм и толщиной 2 мм.

Для сравнения влияния различных условий на старение материала пластины были разделены на три группы, условно названные М, С и Г.

Пластины групп М и С подвергались старению в условиях эксикатора, наполненного искусственной морской водой [8] при температурах 60, 70 и 80 °С. Непосредственно после снятия с термостатирования пластины взвешивались. После этого пластины группы С отправлялись на стадию сушки до достижения постоянного веса, а затем из них вырубали стандартные лопаточки для механических испытаний, после чего для лопаточек определяли относительную деформацию, напряжение и условное напряжение при разрыве и твердость по А. Шору. Пластины группы М отправлялись на стадию вырубки лопаточек, минуя сушку, и проходили те же испытания. Пластины группы Г старились в герметичной упаковке из алюминиевой фольги при температурах 60, 70, 80 и 90 °С. После термостатирования они также взвешивались, из них вырубали лопаточки и определяли те же характеристики, что и у образцов других групп.

Испытания на ускоренное климатическое старение проводились в соответствии с ГОСТом [9]. Для оценки сохраняемости во времени собственных свойств полиуретана (без воздействия различных сред) исследование начато с образцов группы Г.

209

Во-первых, установлено, что при термостатировании эти пластины потеряли до 1,5 % от исходного веса.

Во-вторых, изменение условного напряжения в процессе старения при разных температурах показано на рисунке. Наряду с этим увеличивается относительная деформация и уменьшается твердость. Все перечисленное свидетельствует о деструкции материала.

Рис. Изменение условного напряжения при 100%-й деформации в процессе старения пластин групп Г

За характерный показатель старения пластин группы Г приняли условное напряжение при 100%-й деформации. Для количественной оценки кинетических закономерностей изменения механических характеристик использовано кинетическое уравнение первого порядка:

где Е100 – это условное напряжение при 100%-й деформации, Па; индексы 0 и τ относятся к исходному состоянию и состоянию в момент времени τ (с) соответственно; k – константа скорости (с–1), зависящая от температуры процесса Т (К) по уравнению Аррениуса:

210