Обеспечение прочности и надежности функционирования криогенных пневмоклапанов сверхтяжелого ракетоносителя

• Автор: Сазанов, Вячеслав Петрович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 184 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПНЕВМОКЛАПАНОВ РАКЕТОНОСИТЕЛЕЙ
1.1 Обзор проблемы прочности и надежности срабатывания пневмоклапанов ракетоносителей
1.2 Проблемы и методы реализации технических характеристик при создании криогенных пневмоклапанов ракетоносителей
1.2.1 Условия эксплуатации и основные требования, предъявляемые
к агрегатам ПГС
1.2.2 Критерии эффективности разработки агрегатов ПГС
ракетоносителей
1.2.3 Принципиальные схемы и формы криогенных топливных пневмоклапанов
1.2.4 Применяемые материалы
1.2.5 Затворы криогенных топливных пневмоклапанов
1.2.6 Условия нагружения, коэффициенты безопасности и расчеты на прочность при проектировании
1.2.7 Динамические процессы при срабатываниях и их влияние на прочность и надежность
1.2.8 Проблема обеспечения надежности и прочности и ее решение при создании криогенных топливных клапанов
1.2.9 Программа обеспечения надежности агрегатов в процессе их создания, производства и эксплуатации
1.2.10 Выводы по главе
1.2.11 Постановка задач исследований
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ ПРИ
СРАБАТЫВАНИИ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ
2.1 Постановка задачи

2.2 Основные зависимости между параметрами исследуемой механической системы при динамическом нагружении
2.3 Метод конечных элементов динамики механизмов и приводов и особенности его применения в расчетах динамического нагружения при срабатывании на этапе проектирования пневмоклапанов
2.4 Обоснование допущений и принятие условий для упрощения математической модели в расчетах динамического нагружения при срабатывании
2.5 Выводы по главе
3 ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ И КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫХ МОДЕЛЕЙ ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ ПРИ
СРАБАТЫВАНИИ ПНЕВМОКЛАПАНОВ
3.1 Постановка задачи
3.2 Теоретические основы термодинамических процессов в пневматической системе топливного пневмоклапана
3.2.1 Особенности расчета пневмоприводов
3.2.2 Истечение газа из неограниченного объема
3.2.3 Истечение газа из ограниченного объема
3.2.4 Наполнение газом постоянного объема
3.3 Определение начальных условий при решении задач динамического нагружения пневмоклапанов
3.4 Определение зависимости по времени силы гидравлической среды на тарель пневмоклапана
3.5 Определение зависимостей по времени силы управляющего давления
и давления в выхлопной полости на пневмопривод
3.6 Выводы по главе
4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОПУСКАЕМОГО УРОВНЯ НАГРУЖЕНИЯ ПРИ СРАБАТЫВАНИИ
4.1 Постановка задачи
4.2 Допускаемая нагрузка при динамическом нагружении от

срабатывания топливного пневмоклапана
4.3 Условие установившегося движения пневмопривода
4.4 Разработка критериев и условий обеспечения допускаемого уровня динамического нагружения
4.5 Выводы по главе
5 АНАЛИЗ И СРАВНЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ПНЕВМОКЛАПАНОВ ЦЕНТРАЛЬНОГО БЛОКА РАКЕТОНОСИТЕЛЯ «ЭНЕРГИЯ»
5.1 Постановка задачи
5.2 Краткая характеристика конструкций криогенных топливных пневмоклапанов окислительной системы центрального блока ракетоносителя “Энергия”
5.3 Результаты расчета статической прочности и ее отработки при проведении испытаний
5.4 Результаты расчета параметров и их замеров при испытаниях пневмоклапанов
5.5 Динамическое нагружение. Расчеты при проектировании и
результаты испытаний
5.5.1 Отсечной пневмоклапан. Закрытие
5.5.2 Пневмоклапан циркуляции. Закрытие
5.6 Количественная оценка надежности по результатам наземных испытаний
5.7 Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. РЕЗУЛЬТАТЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
СРАБАТЫВАНИЯ ПНЕВМОКЛАПАНОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ДИНАМИЧЕСКОГО
НАГРУЖЕНИЯ ПНЕВМОКЛАПАНОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ

Алюминий и алюминиевые сплавы в криогенной арматуре находят ограниченное применение. Основная причина этого — недостаточная твердость и, как следствие, более быстрое по сравнению со сталью ухудшение шероховатости поверхностей, по которым происходит уплотнение, что приводит к их быстрому износу.
Для деталей криогенной арматуры наряду с прочностными характеристиками важно обеспечить повышенную поверхностную твердость. К таким элементам относятся элементы затворов (клапан и седло), штоки и: другие детали, работающие с трением.
Применяемые для изготовления деталей вышеперечисленные стали аус-тенитного и аустенитно-мартенситного класса не обладают высокой твердостью даже после термообработки. Для повышения твердости и износостойкости деталей в криогенной арматуре применяют наплавку твердых сплавов на рабочие поверхности; деталей, азотируют их или используют дисперсно-твердеющие сплавы.
Одной из проблем в криогенной топливной арматуре является вопрос выбора материалов для пар скольжения шток-направляющая втулка. Как показали испытания на ранних этапах создания топливных пневмоклапанов магистралей окислителя блока' Ц РК «Энергия», при применении однородных материалов даже при относительно небольших скоростях движения агрегаты очень быстро выходят из строя при наработке и имеют низкие показатели ресурса* по срабатыванию. Наилучшим вариантом явилось следующее использование материалов: шток из сталей 03X11Н8М2Ф-ВД .(ДИ-52), 07Х16Н10Ш:и направляющие втулки из бронзы БРАЖ9-4. В данном варианте были изготовлены все топливные пневмоклапаны блока Ц PH «Энергия».
В затворах криогенной арматуры в качестве герметизирующих элементов, а также для деталей в узлах подвижных соединений, работающих без смазки, применяются полимерные материалы, характеристики которых приведены в таблице 1.3.