Главная страница
Навигация по странице:

  • Ключевые слова

  • Рис.1 Поворотное сопло на эластичном опорном шарнире

  • Рис.2. Расчетно-пояснительная схема кинематики ПУС РДТТ

  • – угол давления

  • Рис.3. Характерный вид кривых функции (4) для

  • Список литературы

  • Методика расчета кинематических характеристик ЭОШ ПУС РДТТ на ос. Методика расчета кинематических характеристик эластичноопорного шарнира поворотного сопла ракетных двигателей твердого топлива

    Единственный в мире Музей Смайликов

    Самая яркая достопримечательность Крыма

    Скачать 150.71 Kb.
    НазваниеМетодика расчета кинематических характеристик эластичноопорного шарнира поворотного сопла ракетных двигателей твердого топлива
    Дата16.09.2018
    Размер150.71 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаМетодика расчета кинематических характеристик ЭОШ ПУС РДТТ на ос.docx
    ТипДокументы
    #50789

    С этим файлом связано 1 файл(ов). Среди них: ВыводФормулыДляТрубы.docx.
    Показать все связанные файлы
    Подборка по базе: 2 Характеристика конфликта как социального явления.docx, 1 Общая характеристика товарных знаков.docx, Сравнительная характеристика США и России.docx, Дополнительные методы расчета определителей высших порядков. .do, педагогика и методика обучения тест.docx, Теория и методика занятий волейболом.docx, Решение задачи для расчета налогового бремя (автовосстановление), Модуль 1. Клиническая характеристика туберкулеза.docx, Методика расчета ТЭО.doc, Общая характеристика ООО.docx

    Методика расчета кинематических характеристик эластично-опорного шарнира поворотного сопла ракетных двигателей твердого топлива


    ©



    Аннотация:

    Особо актуальной задачей является изменение вектора скорости летательного аппарата в полете. Наиболее перспективным решением является создание методов теоретического проектирования поворотно управляющих сопел, тип уплотнения и выбор рулевой машинки которых характеризует эффективность движителя. С точки зрения требований, предъявляемых к современным двигателям твердого топлива, наиболее предпочтительная система управления включает в себя гидравлическую рулевую машинку и тип уплотнения эластично-опорного шарнира. В данной работе представлена методика расчета кинематики поворотно управляющего сопла ракетного двигателя твердого топлива на эластичном опорном шарнире с гидравлической рулевой машинкой.

    Ключевые слова:

    Поворотно управляющее сопло, эластично-опорный шарнир, шарнирный момент, позиционный момент, рулевая машинка, гидроцилиндр.

    Для управления движения летательного аппарата (ЛА) в соответствии с требуемой траекторией необходимо иметь возможность изменять в полете величину и направление вектора скорости, а также ориентацию осей ЛА в пространстве. С этой целью используются реактивные двигатели и различные органы управления, действие которых создает необходимые для управления силы и моменты. Приводы исполнительных органов управления могут быть гидравлическими, пневматическими, газовыми или электрическими. Использование поворотных сопел для управления (ПУС) вектором тяги является наиболее энергетически экономичным, т.к. управляющее усилие создается в результате осесимметричного и практически равномерного истечения продуктов сгорания и одновременного поворота докритической и закритической части сопла[1].


    Достоинства управляющих сопел[2]:

    • Относительная простота конструкционной схемы;

    • Относительно небольшая масса рулевых органов;

    • Высокое быстродействие;

    • Линейная зависимость управляющей силы от угла поворота сопла;

    • Стабильность характеристик в течении работы двигателя;

    • Относительно небольшие потери удельного импульса тяги;

    Основными недостатками являются:

    • Большой момент трения в узлах сочленения и поворотных узлах;

    • Крайне жесткие условия работы узла поворота;

    • Сложность узла уплотнения;

    • Невозможность управления ракетой по крену;

    Эффективность поворотных управляющих сопел используемых в РДТТ во многом определяется типом уплотнения[3].

    С точки зрения требований, предъявляемых к современным ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ), наиболее предпочтительным типом уплотнения является эластичный опорный шарнир (ЭОШ) (рис.1). Он обладает наименьшим весом, относительной простотой в изготовлении и нашел наибольшее применение в существующих отечественных и зарубежных РДТТ. При отклонении подвижной части сопла в элементах ЭОШ возникает момент сопротивления повороту органа управления (ОУ) – шарнирный момент . Поэтому при проектировании ПУС чрезвычайно важно правильно спрогнозировать величины момента сопротивления и влияние составляющих на рабочие параметры РДТТ[1].




    Рис.1 Поворотное сопло на эластичном опорном шарнире:

    1-пирографит; 2- УУКН; 3,6 – опорные кольца; 4- спиральная намотка теплостойкого материала; 5- ЭОШ; 7- неподвижная часть сопла; 8- стеклопластик; 9- сталь 30 ХГСА
    Шарнирный момент наибольший суммарный момент сопротивления повороту органа рулевого управления (ОУ) с заданными угловой скоростью , угловым ускорением и углом поворота . Аналитическая зависимость шарнирного момента определяется следующей формулой[1]:



    позиционный момент, пропорциональный углу поворота;

    суммарный момент трения во всех соединениях ОУ;

    момент инерционных сил подвижных частей ОУ;

    момент демпфирования газовой струи при отклонении ее с угловой скоростью .

    Позиционный момент является основной составляющей суммарного шарнирного момента ПУС РДТТ.


    С учетом геометрии, параметров работы ПУС, выражение (1) представляется в виде[1]:













    Позиционный момент приближенно определяется следующим образом:



    плечо, равное расстоянию от точки крепления РМ до центра поворота подвижной части ПУС, жесткость ЭОШ.

    Требования, предъявляемые к органам управления[4,5]:

    • Малая масса конструкции ОУ и приводов;

    • Простота конструкции, технологичность;

    • Быстродействие ОУ;

    • Малый шарнирный момент;

    • Минимальные потери удельного импульса связанные с применением ОУ;

    • Линейный характер зависимости управляющего воздействия от угла поворота .

    Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют гидравлические приводы[1].

    Методика расчета позволяет оценить необходимые параметры ПУС, а также исследовать кинематические характеристики ПУС РДТТ. В качестве ОУ применяется рулевая машинка(РМ), обеспечивающая поворот сопла на заданный угол . Механизм РМ состоит из гидравлического цилиндра с поршнем , шток которого шарнирно соединен с подвижной камерой сопла. Поворот осуществляется подачей рабочей жидкости от гидронасоса в полость гидроцилиндра. Регулировка подачи осуществляется различными технологиями.

    Задаваясь физико-инерционными параметрами ПУС РДТТ (материал составляющих, масса), необходимыми рабочими (тяга, давление в камере), а также масштабными и геометрическими, расчет кинематических характеристик основан на методе исследования динамики одномассовой динамической модели, вводя два фундаментальных варьируемых значения – угла поворота и времени поворота . Время поворота характеризует быстродействие изменение вектора скорости, обычно оно не превышает секунды.

    Методы исследования кинематики и динамики одномассовой динамической модели подразумевают расчет передаточных функций, инерционных составляющих согласно общей теории механизмов и машин[6], принимая за обобщенную координату – угол поворота , а звено приведения – подвижную часть сопла ПУС РДТТ, при этом геометрически обеспечивая нулевой угол давления в начале движения(рис.2).




    Рис.2. Расчетно-пояснительная схема кинематики ПУС РДТТ:

    А – центр поворота сопла, С – верхнее положение штока рулевой машинки,
    СВ, CB' – начальное и конечное положение гидроцилиндра соответственно,
    – угол давления, – начальный угол положения гидроцилиндра, – угол поворота.



    Расчет закона движения подвижной части ПУС РДТТ определяется интегрированием уравнения движения динамической модели в дифференциальной форме[6]:




    суммарный приведенный момент инерции и суммарный приведенный момент сил одномассовой динамической модели соответственно.

    Cуммарный приведенный момент одномассовой динамической модели в уравнении (3) является функцией разности движущего момента, зависящего от давления в гидроцилиндре, и шарнирного момента. Уравнение момента сопротивления (2) включает в себя заданные законы угловой скорости и углового ускорения и их зависимости от обобщенной координаты изначально неизвестны. Поэтому стандартный подход к задаче определения закона движения существенно усложняется в отсутствии связи времени поворота и угла поворота . Для определения закона движения, то есть функций , используются математические методы. Задана аналитическая функция, описывающая изменение теоретической угловой скорости в заданном диапазоне времени для безударного режима пуск-останов:



    Промежуток изменения поворота сопел секунд. Константы подбираются из условия равенства площади подинтегральной функции заданному углу поворта :




    Зависимость углового ускорения от времени определяется аналитически: . Функцию вида (4) нельзя представить в виде сходящегося ряда, поэтому вид кривой зависимости строится методом точечной аппроксимации или интегрируется графически на ЭВМ. Характерный вид кривых соответствует безударному режиму пуск-останов, который наиболее приемлемый для работы механизмов(Рис.3).


    Рис.3. Характерный вид кривых функции (4) для

    Пренебрегая силами тяжести гидроцилиндра, поршня и штока, по сравнению с усилиями тяги РДТТ и давления в гидроцилиндре, задаётся процентное соотношение разницы движущего момента- , определяемого параметром давления гидроцилиндре РМ, и момента сопротивления .

    Рассчитывается давление в камере РМ:







    Суммарная работа движущего момента на звене приведения подвижной части сопла:



    Согласно уравнению движения в форме энергий рассчитывается реальный закон изменения расчетной угловой скорости , учитывая инерционные составляющие частей ПУС РДТТ:



    Расчетное угловое ускорение приведенного звена определяется уравнением движения динамической модели в дифференциальной форме:



    Интегрируя функцию угловой скорости, определяют зависимость времени от угла поворота, тем самым рассчитывая полностью закон движения ПУС РДДТ:



    Заключение:

    1. Данная методика расчета позволяет определить закон движения поворотного сопла ракетного двигателя твердого топлива на эластично опорном шарнире с гидравлической рулевой машинкой.

    Список литературы:

    1. Фахрутдинов И.Х., Котельников А.В., Конструкция и проектирование ракетных двинателей твердого топлива: Учебник для машиностроительных вузов.-М.: Машиностроение, 1987. – 328 с.: ил.


    2. Межова, М.П.Анализ конструктивных схем и методик расчета эластичного шарнира поворотного управляющего солпа / Андреев Е.А. // Молодежный научно технический вестник. -2015. -№5. – С. 1-13


    3. Антонов Р.В., Гребенкин В.И, Кузнецов М.П., Мокрушин Б.С., Черепов В.И., Храмов С.Н. Органы управления вектором тяги твердотопливных ракет: расчет, конструктивные особенности, эксперимент / по ред. Н.П. Кузнецова. М.: Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006 522с.


    4. Конструкция и отработка РДДТ / Под ред. А. М. Виницкого. М.: Машиностроение, 1980. 230 с.


    5. Разумеев В.Ф., Ковалев Б.К. Основы проектирования баллистических ракет на твердом топливе, 1984. 328 с.


    6. Попов С.А., Тимофеев Г.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин : учеб. пособие для втузов / Попов С. А., Тимофеев Г. А. ; ред. Фролов К. В. - 6-е изд., стер. - М. : Высш. шк., 2008. - 456 с.


    написать администратору сайта