Разработка инженерных методов оценки вибрационной надежности сложных механических систем типа ЛА на ранних стадиях проектирования

• Автор: Русол, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

ІВЕДЕНИЕ
'ЛАВА 1 Математические модели общей задачи теории надежности сложных механических систем
1.1 Модели теории надежности механических систем
1.1.1 Основные положения теории надежности
1.1.2 Модели надежности типа “Нагрузка - Несущая способность”
1.2 Модели нагрузок действующих на летательные аппараты
1.2.1 Общий обзор нагрузок
1.2.2 Нестабильное горение заряда в ракетном двигателе твердого топлива (РДТТ) '
1.2.3 Пульсации давления в камере сгорания ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) на пассивном участке полета
1.3 Неклассические математические модели применяемые при решении задач о вибрационном состоянии ЛА
1.3.1 Основные положения теории сред сложной структуры
1.3.2 Основные положения вибротемпературной аналогии (теории внбропроводности)
'ЛАВА 2. Постановка и решение задач о вибрациях конструкций ЛА на
основе одномерных моделей
2.1 Решение задачи о вибрации ЛА без учета протяженности двигателя
2.1.1 Модель стержня из вязкоупругого материала
2.1.2 Модель стержня среды сложной структуры
2.1.3 Модель вибротемпературной аналогии
2.2 Решение задачи о вибрации ЛА с учетом протяженности двигателя
2.2.1 Модель стержня из вязкоупругого материала
2.2.2 Модель стержня среды сложной структуры
2.2.3 Модель вибротемпературной аналогии
2.3 Сравнение с экспериментальными данными
ГЛАВА 3. Оценка надежности ЛА при высокочастотных вибрациях под
действием случайной нагрузки на основе одномерных моделей
3.1 Построение области определения допустимых значение уровней вибрации для бортового оборудования ЛА
3.2 Оценка надежности ЛА при высокочастотных случайных вибрациях без учета протяженности РДТТ
3.3 Оценка надежности ЛА при высокочастотных случайных вибрациях с учетом протяженности РДТТ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
По мере развития авиационная техника непрерывно усложняется и совершенствуется. Появляются новые типы летательных аппаратов (ЛА). Задачи, решаемые ими, также продолжают непрерывно расширяться и усложняться. Современные ЛА различного назначения представляют собой многофункциональные комплексы, насыщенные самыми разнообразными приборами и оборудованием, совершают полеты на до- и сверхзвуковых скоростях с широким ассортиментом внутренних и внешних подвесок, транспортируют громоздкие и тяжелые грузы, обладают переменной полетной конфигурацией. Если вес “внутреннего” оружия маневренных самолетов остается почти неизменным в течение последних десятилетий, то вес подвесного оружия все время возрастает и за последние 30 лет увеличился примерно в 10 раз.
Так, например, в 1948 году французский самолет Дассо “Ураган” мог нести грузы всего двух типов. Современные же французские истребители “Мираж” Е-1 и “Мираж” 2000 имеют число типов подвесных грузов в 10 раз больше и в 40 раз больше расчетных конфигураций. Согласно данным ВВС стран НАТО в настоящее время располагают 100 различными типами авиационных грузов, размещаемых на внешних узлах подвески. Кроме того, современные ЛА отличаются повышенной гибкостью конструкции. В полете они заметно меняют свои упругомассовые и аэродинамические характеристики. По сути дела в каждый момент времени в полете приходится иметь дело с новым объектом, имеющим существенно возросшую вероятность появления опасных колебаний, которые могут оказывать значительное влияние на эксплуатационную прочность и надежность аппарата, на работу приборов и бортового оборудования. Наличие развитой механизации, многообразие вариантов внешней атрибуции, а также полеты на предельных режимах приводят к увеличению времени нахождения ЛА в условиях срывного обтекания, а значит, интенсивных вибраций.[58] В связи с этим, колебания таких объектов должны изучаться в широком диапазоне частот. Обычно, исследование колебаний сложных объектов ведется двумя путями теоретическим и экспериментальным. Чисто теоретические методы МО-
гут дать достоверные результаты только при предельно ясной модели конструкции (в виде стержневой, пластинчатой, гладко оболочечной систем) и то в ограниченном диапазоне частот. Что касается экспериментальных методов, то они, при современной вибровозбудительной и виброизмерительной технике позволяют изучать вибрационные характеристики в весьма широком диапазоне частот, проникая в такую область, в которой существующие теоретические методы оказываются неэффективными. Дальнейшее расширение частотного диапазона при теоретических исследованиях требует учета в расчетной схеме более “мелких” конструктивных элементов, типа вырезов, приливов, приборных блоков и др., обычно не фигурирующих в общепринятых моделях. Учет этих элементов делает расчетную схему необозримой, а получение численных результатов проблематичным из-за сложности такой модели и- из-за невозможности получения огромного числа исходных данных.
Одним из важных критериев оценки новых объектов является критерий надежности. Оценка надежности сложной авиационной системы - это комплексная проблема включающая в себя оценку надежности конструкции и электронного оборудования.
При этом на различных этапах жизненного цикла системы исследователь располагает различным объемом необходимой информации как о поведении объекта так и о нагрузках, действующих на него. Статистические подходы к проблеме оценки надежности системы требуют анализа большого количества информации об отказах для получения достоверной выборки, а это возможно только на этапе полетной отработки и эксплуатации. В тоже время получение характеристики надежности системы необходимо уже на этапе проектирования. Вибрационная надежность может быть оценена на основе имеющихся данных о предполагаемых внешних нагрузках и отклике системы на эти нагрузки. В настоящий момент существует несколько математических моделей применяемых при исследовании вибраций в авиационных объектах и представляет практический интерес провести сравнение результатов оценки надежности по этим моделям.

1.3. Неклассические математические модели применяемые при решении задач о вибрационном состоянии ЛА
1.3.1 Основные положения теории сред сложной структуры
В связи с тем, что необходимо достаточно полно, и в тоже время достаточно просто учесть особенности конструктивной схемы, а также учесть особенности динамического взаимодействия несущей конструкции и бортового оборудования, было отмечено, что для описания распространения вибрации в сложных механических системах представляет интерес теория сред сложной структуры [ 106,77].
Для решения этой задачи в работах [68, 99, 101] был предложен вариант теории сред сложной структуры. Было принято, что описываемая среда состоит из некоторой несущей среды, описываемой уравнениями теории упругости, и связанного с каждой ее точкой бесконечного набора невзаимодействующих изотропных осцилляторов.
Основные предпосылки теории сводятся к следующему:
1. Оборудование крепится к корпусу упруго.
2. Размеры элементов оборудования значительно меньше размеров корпуса.
3. Отсутствует непосредственное взаимодействие между далеко расположенными элементами оборудования.
4. Элементы оборудования сами являются сложными динамическими системами со спектром собственных частот, обладающим значительной плотностью в диапазоне собственных частот колебаний корпуса.
5. Несущая конструкция является достаточно жесткой и обеспечивает связность всего объекта.