Объектом исследования является ракета с твердотопливным двигателем (ТТД), запускаемая с автомобильной пусковой установки. Цель работы - исследование колебаний корпуса ракеты в полете под действием импульсов рулевых двигателей и эффективности управления полетом по траектории рулевыми двигателями, расположенными в головной части твердотопливной ракеты. Применены аналитические и численные методы определения частот свободных колебаний твердого тела и аналитические методы интегрирования дифференциальных уравнений движения. Построена математическая модель изгибных колебаний ракеты, проанализированы методы определения форм и частот собственных колебаний. Рассчитаны 3 низшие частоты и формы собственных колебаний ракеты. Расхождение результатов расчета компьютерной программой с аналитическим расчетом первого приближения составляет 3 %. Расчет колебаний ракеты калибром 30 мм и длиной 7655 мм показал, что крутильные и продольные колебания имеют относительно высокие частоты и мало влияют на устойчивость и управляемость полета ракеты. Исследованы колебания корпуса ракеты, имеющей газодинамическую систему управления полетом с помощью рулей и газоструйную с помощью рулевых двигателей. Рулевые двигатели представляют собой малогабаритные одноразовые ТТД, которые расположены в 5 рядов по периметру корпуса ракеты в головной части. Разработаны методы расчета вынужденных колебаний ракеты при работе рулевых двигателей. При действии управляющего импульса возбуждаются поперечные колебания корпуса ракеты и одновременно вращение ракеты как твердого тела вокруг центра масс. Колебания корпуса быстро затухают, а вращение приводит к изменению угла тангажа или скольжения. Чтобы остановить вращение и оставить некоторый требуемый угол наклона или азимута траектории надо дать второй импульс силы рулевым двигателем, установленным на противоположной стороне корпуса. Исследованы зависимости изменения углов тангажа и скольжения от длительности интервалов времени между управляющими импульсами. Анализ полученных зависимостей показывает, что, несмотря на то, что вес топливного заряда составляет примерно половину веса ракеты, управляемость рулевыми двигателями одинаково эффективна при любой выработке топлива.

Індекс рубрикатора НБУВ: О551.41-04

Рубрики:

Авіаційні газотурбінні двигуни

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: О551.4-049.1

Рубрики:

Авіаційні реактивні двигуни

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ 

При створенні сучасних літальних апаратів (ЛА) використовується принцип оптимальної інтеграції силової установки та ЛА для забезпечення максимуму цільової функції, що визначається його функціональним призначенням. Питома витрата палива та питома тяга силової установки суттєво залежить від втрат повного тиску повітря у вхідному пристрої, що характеризується коефіцієнтом відновлення повного. Зміна тиску вздовж діаметра гвинтовентилятора (ГВ) впливає на ефективність вхідного пристрою силової установки. При застосуванні кільцевого вхідного пристрою його ефективність знижується низьким тиском у зоні кореневої частини лопотів ГВ. Використання ковшового вхідного пристрою (КВП) надає змогу подавати повітря в канал із зони, що розташована біля середньої частити висоти лопаті і це є основним фактором, що впливає на зменшення втрати тиску в каналі підведення повітря. При використанні КВП важливим фактором, що впливає на ефективність S-подібних каналів є кривизни та звуження. Досліджено вплив кривизни S-подібного каналу на коефіцієнт відновлення повного тиску за постійного значення його звуження. S-подібний канал, який досліджується, за своїми геометричними параметрами є еквівалентним каналу кільцевого вісесиметричного вхідного пристрою силової установки з турбогвинтовентиляторним двигуном. Коефіцієнт відновлення повного тиску S-подібного каналу розраховується за параметром течії в перерізах S-подібного каналу шляхом рішення рівнянь Нав'є - Стокса з використанням двошарової моделі турбулентності Ф. Ментера SST Transitional N 4 Gamma Theta) та комбінованої кінцево-елементної сітки - на вході до каналу та в самому каналі - гексаедрична, на виході тетраедрична. Аналіз залежностей коефіцієнта відновлення повного тиску S-подібного каналу від числа М і кривизни каналу показує, що до кривизни 0,002 на коефіцієнт відновлення повного тиску, впливають не суттєво. Подальше збільшення кривизни каналу більш значно впливає на зміну коефіцієнта відновлення повного тиску, що пов'язане з відривом потоку та втратами від вихроутворення.

Показано, що проблема авіаційного шуму (АШ), яка впливає на населення поблизу аеропортів не втрачає своєї актуальності і досі. Зазначено, що забруднення довкілля від АШ э не менш впливовим, ніж забруднення повітря або води. Міжнародна спільнота приділяє значну увагу до вирішення проблеми АШ, запроваджуючи вимоги та обмеження рівня шуму літаків, що розробляються або експлуатуються. Серед джерел шуму літака слід виділити одне з головних джерел - це шум, що створюють газотурбінні двигуни. Для зниження рівня шуму двигунів застосовуються різноманітні методи, серед яких варто зазначити застосування звукопоглинаючих конструкцій (ЗПК), що розміщуються в мотогондолах двигуна. Для виконання сучасних міжнародних вимог ЗПК мають знижувати рівень шуму в широкому частотному діапазоні. Показано, що для визначення акустичних характеристик ЗПК існує декілька методів: метод стоячої хвилі, метод передаточної функції, метод ревербераційної камери та метод використання акустичного каналу з потоком. Кожен із зазначених методів можна використати на етапах розробки ЗПК для газотурбінних двигунів. Показано, що метод стоячої хвилі доцільно застосовувати на початковій стадії досліджень, оскільки він надає можливість визначити найбільш перспективні ЗПК для подальших досліджень. Наведено результати досліджень для шести дослідних зразків ЗПК. Серед дослідних зразків слід виділити дві групи конструкцій. В конструкціях першої групи зниження шуму в широкому діапазоні частот досягалося за допомогою ефекту в'язкого тертя як у пористоволокнистих матеріалах. В конструкціях другої групи розширення частотного діапазону поглинання досягалося завдяки розміщенню комірок із різними резонансними частотами. За результатами досліджень показано, що можливо створення ЗПК, які поглинають шум в широкому частотному діапазоні, так один із дослідних зразків має коефіцієнт звукопоглинання більше 0,8 у діапазоні частот від 1600 Гц до 3500 Гц.

Індекс рубрикатора НБУВ: О551.41

Рубрики:

Авіаційні газотурбінні двигуни

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Вивчено явище руйнування матеріалу за плинності, як одного із найбільш небезпечних і пошкоджувальних впливів на лопатки турбін в умовах їх експлуатації. Розглядаючи питання міцності лопаток турбін авіаційних двигунів та енергетичних установ, слід звернути особливу увагу на те, що механізм розвитку тріщин у процесі плинності більшою мірою обумовлений особливостями кристалічних структур лопаток і властивостями цих структур. На сучасному етапі розвитку світових технологій, лопатки турбін виготовляються методом монокристалічного лиття та методом спрямованої кристалізації. Цим типам кристалічних структур притаманна анізотропія їх властивостей. Причиною анізотропності кристалів є те, що за впорядкованого розташування атомів, молекул або іонів взаємодії між ними та міжатомними відстанями (а також деякі не пов'язані з ними прямими відношенями, наприклад, поляризуємість або електропровідність) виявляються неоднаковими за різними напрямками. Увагу приділено розгляду моделі плинності анізотропного сплаву з монокристалічною структурою. Природним способом визначення параметрів матеріалу теоретичної моделі матеріалу є проведення необхідної кількості базових експериментів. Числове моделювання з використанням відомих властивостей плинності монокристалів є альтернативною можливістю визначення параметрів матеріалу. Описаний алгоритм надає можливість визначити всі середні властивості плинності монокристалу. Параметри описаних співвідношень можна отримати або в результаті прямих експериментів, або на підставі мікромеханічного аналізу, як у випадку композиційних матеріалів. Розглянуто приклад отримання деяких характеристик монокристалічного сплаву ЖС-32 у результаті апроксимації його кривих плинності, отриманих експериментально. Беручи за основу закон Нортона - Бейлі та з використанням сучасного розрахункового комплексу Maple Release 2021.0, визначено мінімальну швидкість деформації плинності та константи плинності, а також побудовано графік залежності швидкості деформації плинності від рівня навантаження матеріалу.

Наведено опис стенду на базі цифрового спекл-інтерферометра з дифузною опорною хвилею та розділеними гілками, що надає можливість визначати власні частоти та форми коливань об'єктів у реальному часі. У діапазоні частот 100 - 4000 Гц проведено експериментальне дослідження вібраційних характеристик робочої лопатки турбіни газотурбінного двигуна, при жорсткому закріпленні замкової частини лопатки, яке досягалося шляхом закріплення лопатки в замку і наступної фіксації його в затискному пристрої. Як об'єкт дослідження розглянуто робочу лопатку турбіни газотурбінного двигуна з висотою по вихідній кромці 288 мм і хордою в середньому перерізі 88,5 мм. Створено твердотільну геометричну модель робочої лопатки на базі фасетного тіла, отриманого 3D скануванням. Що стосується діапазону частот 100 - 4000 Гц, за допомогою програмного комплексу ANSYS Workbench, проведено серію розрахунків резонансних частот лопатки методом кінцевих елементів. Властивості матеріалу визначено шляхом досягнення мінімального середньоквадратичного відхилення розрахункових значень резонансних частот коливань лопатки від експериментальних даних за вільних граничних умов. Отримано ряд форм коливань, проведено зіставлення даних, отриманих експериментальним і розрахунковим шляхом. Аналіз спектра частот власних коливань лопатки показав, що середньоквадратичне значення відхилень між отриманими результатами, становить 5,5 % для тих самих мод. Для верифікації програмного розрахунку проведено перерахунок значень резонансних частот, використовуючи тривимірну модель лопатки, закріплену в замку. З метою визначення впливу граничних умов закріплення лопатки газової турбіни на її вібраційні характеристики проведено серію розрахунків резонансних частот і форм коливань моделі лопатки з відсіканням частини лопатки по різній висоті. Показано, що при розрахунку вібраційних характеристик лопатки з урахуванням затискного пристрою, відхилення збільшується та становить 6,3 %. Показано, що відсічення замкової частини лопатки до плоскості "ножці" при моделюванні граничних умов закріплення, надає змогу полегшити процес розрахунку, шляхом спрощення геометричної форми тривимірної моделі дослідженої лопатки, за мінімальної похибки розрахунку (~ 1,5 %).

Проектирование надежных опор роторов современных быстроходных машин связано с решением ряда сложных задач как теоретического, так и экспериментального характера. Экспериментальные исследования играют большую роль в системе научных исследований и позволяют совершенствовать и уточнять математические модели и применяемые численные методы для их реализации. Экспериментальные исследования обычно носят выборочный характер и поэтому требуют тщательной подготовки. Поставлена задача исследовать характеристики гидростатического подшипника на режимах пуска и торможения. Разработана программа экспериментальных исследований поведения вала на гидростатических подшипниках (ГСП) для наиболее сложных условий работы. Приведены достоинства ГСП в сравнении с другими типами подшипников скольжения, а также в сравнении с подшипниками качения. Показана эффективность ГСП, в сравнении с другими типами подшипников, для современных быстроходных машин, в которых наблюдается рост виброперегрузок и виброперемещений. ГСП зарекомендовали себя на всех режимах работы, в том числе и на переходных. Приведено описание экспериментальной установки по исследованию переходных режимов работы вала на ГСП. Исследования переходных режимов работы вала на НСП проводились при различных значениях давления питания рабочей жидкости, остаточной неуравновешенности, а также различных значениях диаметра ГСП. Для выявления характера движения ротора на ГСП приведены также значения амплитуд колебаний при стационарном (установившемся) движении ротора. Показано, что сопоставление амплитуд колебаний ротора на ГСП диаметром 0,06 м для случаев нестационарного и стационарного режимов его работы при разгоне амплитуды колебаний во всем диапазоне частот вращения несколько ниже (примерно на 15 - 20 %), чем в случае стационарного режима работы ротора. При замедлении ротора амплитуды колебаний ротора при больших частотах вращения несколько больше (примерно на 7 - 9 %), а при малых частотах вращения меньше на 8 - 10 %, чем в случае стационарного режима работы ротора. Малое влияние нестационарного характера движения ротора на динамические характеристики, может быть объяснено его большой массой.

Під час оптимального проектування контурів системи автоматичного керування (САК) газотурбінним двигуном (ГТД) можна досягнути наступних цілей: підвищення точності налаштовування елементів САК ГТД; дослідження компенсатора інерційності термопар; аналіз різних способів вимірювання частоти обертання роторів; створення програмного комплексу для перевірки функціонування програмного забезпечення (ПЗ) та алгоритмів, які закладені в цифрову САК. Комплекс заходів, спрямованих на підвищення надійності роботи САК, надасть можливість із високою ймовірністю виявляти відмови каналів вимірювання та керування, за обмеженим набором параметрів повторювати дані, отримані від датчиків обчисленими за моделлю величинами. Крім цього можуть бути представлені деякі осцилограми, записані під час стендових випробувань. Комплексний підхід до побудови САК ГТД надасть змогу створити САК на сучасному рівні.

Проектування та впровадження систем автоматичного керування зміною координат стану та вихідних змінних силових та енергетичних установок складається з декількох послідовних етапів, при виконанні яких широко застосовуються засоби математичного моделювання. Одним із найбільш важливих таких етапів є відпрацювання створеної системи (регулятора) на напівнатурному стенді. Такий стенд містить, як правило, створений зразок системи з фізично реалізованими вимірювальними каналами, а об'єкт керування та виконавчі пристрої виконуються у вигляді комп'ютерної математичної моделі реального часу (стенд-імітатор). Проблемним питанням є вирішення протиріччя між вимогами адекватності комп'ютерного експерименту реальним умовам експлуатації та можливостями стенда-імітатора, оскільки математична модель об'єкта керування є детермінованою. В реальних умовах мають місце випадкові збурення, що зумовлює випадковий характер вихідних вимірювальних координат об'єкта керування. Застосування відомих методів статистичного моделювання обмежено вимогами щодо стаціонарності, оскільки керовані об'єкти є багаторежимними. Вирішення вказаного протиріччя запропоновано шляхом застосування нової інформаційної технології, яка складається в послідовному виконанні етапів попередньої апроксимації часових рядів відхилень таких змінних від сформованої апроксимаційної моделі, та етапу статистичного моделювання. Як статистичну модель випадкових процесів відхилень таких змінних від сформованої апроксимаційної моделі запропоновано модель Марківського процесу, що враховує можливу корельованість вихідних даних. Оскільки вимірювальні канали сучасних систем управління є виключно цифровими, тому завдяки дискретизації за часом і рівнем, досліджувані процеси утворюють Марківський ланцюг, що надає можливість встановити важливі особливості таких процесів. Застосування апроксимаційної моделі забезпечує умови стаціонарності та коректність запропонованої моделі. Вирішено прикладне завдання моделювання зміни параметрів технічного стану багаторежимного технічного об'єкта в довготривалій експлуатації на базі запропонованої моделі та експериментальних даних.

Приведена информация о том, что АО "Элемент" является одним из ведущих предприятий Украины по научно-техническому направлению "Электронные системы измерения, контроля параметров и управления авиационными двигателями". В результате сотрудничества с ГП "Ивченко-Прогресс" и АО "Мотор Сич" АО "Элемент" к настоящему времени изготовило более 250 электронных регуляторов семейства РДЦ-450М для различных модификаций ТВД/ТВаД АИ-450. Программное обеспечение (ПО) этих регуляторов сертифицировано в соответствии с руководством DO-178B/ED-12B. ПО последующих регуляторов, находящихся в разработке, планируется сертифицировать по более современному руководству DO-178C/ED-12С, а также использовать при разработке квалифицированные по руководству DO-330/ED-215 инструменты разработки. Рассмотрены вопросы выбора и квалификации таких инструментов. Приведены обзор и анализ современных коммерческих средств разработки ПО встроенных систем, в том числе применительно к микроконтроллерам семейства STM32, которые широко используются в изделиях АО "Элемент". Указывается необходимая для эксплуатации этих средств разработки квалификация пользователя. Приведена информация об инструментах верификации ПО, особенности интерпретации термина "верификация" в DO-178C/ED-12С. В качестве примера приводится средство СПИ, которое много лет с успехом применяется на АО "Элемент" для функциональной отработки электронных регуляторов. Описан процесс определения уровня квалификации инструментов с использованием трех специальных критериев, надан алгоритм квалификации, приведены примеры из практики АО "Элемент". Приведены информация по недавно появившимся коммерческим пакетам поддержки разработчиков встраиваемого ПО при квалификации инструментов; алгоритм работы; оценены недостатки и возможные проблемы. В заключении сделан вывод о том, что процесс выбора и дальнейшей квалификации инструментов оказывает серьезное влияние на трудозатраты при проведении сертификации ПО встроенных систем авиационного применения.

Приведены основные требования к датчику дифференциального давления, разработанному АО "Элемент" по заказу ГП "КБ "Южное". Показано, что наиболее существенными критериями при выборе первичного преобразователя явились требования, во-первых, по проведению контроля давления химически агрессивной среды - ракетного топлива, и, во-вторых, по выполнению измерений сравнительно небольшого дифференциального давления в условиях воздействия рабочего избыточного (линейного) давления, верхний предел изменений которого на порядок превышает предел измеряемого дифференциального, при этом необходимо минимизировать дополнительную погрешность, обусловленную воздействием рабочего избыточного давления. Приведены данные информационного поиска, в результате которого выбраны первичные преобразователи, наиболее удовлетворяющие заданным требованиям, а именно сенсоры серии PD-10L фирмы Keller. Описан датчик, разработанный и изготовленный на базе выбранного первичного преобразователя. Основное внимание уделено описанию метрологического обеспечения разработки и испытаний датчика и результатам экспериментальных исследований его характеристик в части долговременной стабильности и влияния рабочего избыточного давления на выходной сигнал при изменении контролируемого дифференциального давления в диапазоне измерений. Приведены сведения о создании специализированного стенда для исследования упомянутого влияния, оснащенного импортным измерителем, обеспечившим контроль дифференциального давления от нуля до 16 бар в условиях воздействия рабочего избыточного давления 150 - 166 бар с погрешностью не более +- 0,1 %. Отмечено, что необходимость создания стенда на предприятии обусловлена отсутствием подобного оборудования и средств измерительной техники в украинских центрах метрологии и стандартизации. По результатам выполненного совместно с заказчиком анализа требований к применению разработанного датчика выбран рациональный способ представления функции преобразования, минимизирующий погрешность измерений в наиболее ответственных условиях.

Застосування вібродатчика разом із датчиком тиску газів у робочому циліндрі розширює можливості діагностики двигунів і компресорів у різних сферах експлуатації: морських дизелів, поршневих компресорів холодильних установок та авіаційних двигунів при їх випробуваннях на спеціальних стендах. Відомо, що експлуатаційні дефекти паливної апаратури високого тиску та механізму газорозподілу виявляються на індикаторних діаграмах P(V), P(deg) робочих циліндрів, змінюючи їх форму та значення основних параметрів робочого процесу: максимального тиску згоряння Pmax, тиску кінця стиснення Pcomp, середнього індикаторного тиску IMEP та інших. Однак відомо також, що деякі дефекти можуть мати однаковий вплив. Наприклад, пізній кут впорскування та знос паливної апаратури практично однаково спотворює індикаторну діаграму та значення параметрів. Причиною зниження компресії в циліндрах і зниження Pcomp можуть бути як знос втулки або поломка кілець, так і нещільність закриття або дефект клапанів газорозподілу. У багатьох випадках вплив дефектів може бути не явним. Існує також велика кількість некритичних дефектів або дефектів на ранніх стадіях, які практично не змінюють основні параметри та форму індикаторних діаграм. Пряме безпосереднє вимірювання тиску впорскування або ходу голки форсунки, а також діаграм переміщення клапанів газорозподілу, як це робиться в умовах дизельної лабораторії морського університету, надало б можливість точно визначити та усунути дефекти. Однак, під час експлуатації неможливо проводити безпосередні вимірювання тиску впорскування палива, фаз паливоподачі та газорозподілу морських двигунів, використовуючи існуючі методи, які реалізовані в переносних діагностичних системах. Альтернативою прямим вимірам є застосування вібродатчика. За допомогою вібродатчика на магнітній платформі можна визначити фази підйому та посадки голки форсунки, початку подачі та відсікання палива паливним насосом високого тиску, початок і кінець циркуляції підігрітого важкого палива у паливній системі, фази закриття та, в деяких випадках, відкриття клапанів газорозподілу, частоту та амплітуду коливань при роботі впускних і випускних клапанів поршневого компресора холодильних установок, а також фазу та характер упорскування циліндрового масла. Така інформація може бути отримана безпосередньо під час експлуатації або випробування двигунів і компресорів за допомогою магнітного вібродатчика, що входить до складу сучасних діагностичних систем.

Індекс рубрикатора НБУВ: К232.203 + К232.208

Рубрики:

Кристалізація нікелю та його сплавів

Вплив легувальних елементів і домішок на структуру і властивості нікелю та його сплавів

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Приведены результаты исследования влияния модифицирования/микролегирования гафнием и легирования танталом на морфологию и распределение карбидной фазы в микроструктуре сплава ЖС3ДК-ВИ. Карбидная фаза, являясь неотъемлемой структурной составляющей микроструктуры никелевых жаропрочных сплавов, оказывает колоссальное влияние на прочностные характеристики материала. В связи с этим огромное значение имеет форма, размеры и распределение частиц этой фазы в микроструктуре. Формирование морфологии карбидных частиц в значительной степени зависит от технологических факторов литья: температуры керамической формы, скорости кристаллизации, температуры расплава и т.п. Т.е. чем выше температурные параметры и ниже скорость кристаллизации при литье, тем более грубая морфология и топография частиц карбидов формируется при затвердевании и, соответственно, ниже прочностные характеристики материала. Однако технологические параметры также влияют на геометрию отливки и изменить технологию не всегда возможно, поэтому единственной возможностью является применение модифицирования или легирования сплава при получении заготовки. Такие карбидообразующие элементы, как гафний и тантал, благодаря своей химической активности, вступают в реакцию с углеродом на этапе кристаллизации и формируют термостабильные первичные карбиды типа МС. Применение гафния в никелевых сплавах ограничено концентрацией 0,1 %, так как при большей концентрации этот элемент и никель образуют эвтектическую фазу, температура плавления которой значительно ниже, чем температура гомогенизации сплавов. В связи с этим изучена возможность долегирования сплава ЖС3ДК-ВИ танталом, с целью формирования благоприятной морфологии карбидной фазы. В результате работы в микроструктуре сплава ЖС3ДК-ВИ получены дисперсные карбидные частицы, в химическом составе которых преобладает тантал, и имеется в небольшом количестве гафний.

Індекс рубрикатора НБУВ: К233.108

Рубрики:

Вплив легувальних елементів і домішок на структуру і властивості алюмінію та його сплавів

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К641.71 + К230.75

Рубрики:

Дифузійне зварювання металів

Вплив зварювання на структуру і властивості кольорових металів і сплавів

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К663.033-1

Рубрики:

Металізація металів розпилюванням (шоопірування)

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ