ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Московский государственный университет

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ»

Кафедра «Теплофизические приборы и аппараты»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«САПР ЭНЕРГОСИСТЕМ»

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭС

( ЭНЕРГОМАССОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛА)

для студентов специальности 160700

«Проектирование авиационных и ракетных двигателей»

Москва, 2011

Настоящие методические указания предназначены для студентов специальности 160700 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» для дневной и заочной форм обучения.

Данная работа посвящена вопросам определения параметров гидравлических и пневматических магистралей в составе энергосистем с использованием пакета программ расчета. В работе рассмотрен вопросы: формирования магистралей сложной конфигурации при подготовке исходных данных для подсистемы гидравлических расчетов в составе САПР энергосистемы (ЭС); выбора условий для проведения расчетов; управления процессом расчетов; представления результатов расчетов.

По результатам выполненных расчетов определяются расходные характеристики магистралей, определяются потери давления на отдельных элементах магистрали, определяются критические параметры магистралей и т.д..

Авторы: Кадомкин В.В., Ерохин Б.Т.

Рецензент: д. т. н., профессор Абашев В.М..

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры «Теплофизические приборы и аппараты» 28.01.11. Протокол №05/11

Зав. кафедрой ТИ – 7

д.т.н. профессор_______________ Б.Т. Ерохин

1.Цель и задачи выполняемых работ

Достаточно большой класс энергетических систем предназначен для использования в составе летательных аппаратов и при их проектировании актуальной является задача оптимизации параметров ЭУ и ступеней ЛА, определения аэродинамических и энергетических характеристик и т.д.

В работе предлагается реализовать достаточно простые методики расчетов для подсистемы оптимизации массовых характеристик ЛА и сформировать зависимости параметров движения и массовых характеристик ЛА. .что позволяют понять физическую суть происходящих процессов, взаимосвязей проектных параметров, параметров рабочих процессов при минимальных затратах ресурсов.

Выполнить оптимизацию конструкции трехступенчатой ЛА с заданными параметрами топлива для каждой ступени и с заданной начальной массой и массой полезной нагрузки. Оптимизацию выполнить по maxдальности полета. Влиянием сил тяготения и аэродинамических сил пренебречь. Найти массу каждой ступени.

2.Методика расчета.

Оценим дальность полета по конечной скорости. Условие L→maxсоответствует условиюV_к→max, Θ = 45˚.

Для каждой ступени найдем приращение скорости по формуле Циолковского:

,

,

.

.

Рассчитывать массу конструкции будем через объем КС ступени. α – это объем, занятый конструктивными элементами в общем объеме КС.

,

,

где – средняя плотность заряжания ступени.

Таким образом, можно посчитать :

.

Уравнения выписываем для всех трех ступеней, формируем из них таблицу расчета. Запускаем программу оптимизации с ограничением .

Для выполнения расчетов формируем таблицу Excelследующего вида (табл.1), в которой расчетные выражения представлены на табл.2.

Для удобства работы с таблицей используется заливка ячеек цветом в соответствии с их назначением(табл.2):

Зеленый цвет– изменяемые параметры при оптимизации;

Желтый цвет– ячейки с фиксированными значениями параметров;

Фиолетовый цвет– ячейка целевой функцией.

После подготовки таблиц расчетов запускаем программу оптимизации с ограничением .

Сформируем зависимости для дальности полета (конечная скорость) от свойств используемых материалов и топлив

Расчет выполняем расчеты оптимального варианта для каждой плотности топлива 1 ступени из следующего списка: 1200,1300,1400,1500,1600 кг/м³. Каждый вариант расчета сводим посредством специальной вставки в результирующую таблицу, вид которой представлен в табл.3.

Расчет выполняем расчеты оптимального варианта для каждой плотность конструкционного материла из следующего списка: 2500,3000,3500,4000,4500 кг/м³. Каждый вариант расчета сводим посредством специальной вставки в результирующую таблицу, вид которой представлен в табл.4.

По данным таблиц 3 и 4 формируются графические зависимости для скорости ЛА в точке бросания и массы топлива на отдельных ступенях при оптимальном распределении массы топлива по отдельным ступеням ЛА для различных значениях плотности топлива 1 ступени и плотности конструкционных материалов 1 ступени ЛА. На рис.1-4 представлены примеры полученных зависимостей для .

В таблице 5 представлены варианты выполняемых студентом расчетов в соответствии с порядковым номером с списке студенческой групп.

Данные расчетов представляются в форме таблиц и графических зависимостей.