Численное моделирование динамики противооткатных устройств

• Автор: Савихин, Игорь Олегович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 73 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Численное моделирование процесса истечения жидкости через профилированные отверстия на образующей цилиндра
1.1. Определение гидравлического сопротивления единичного отверстия
1.2. Сравнение значения полученного гидравлического сопротивления с экспериментальными данными
1.3. Гидравлическое сопротивление системы отверстий, распределённых
вдоль оси цилиндра
1.4. Гидравлическое сопротивление системы отверстий, распределённых
по окружности
1.5. Гидравлическое сопротивление системы отверстий, распределённых
по окружности, а также вдоль оси цилиндра
1.6. Г идравлическое сопротивление системы отверстий при расчете
с жидкостью ПОЖ-
1.7. Исследование изменения характера течения через систему отверстий
в зависимости от скорости втекающего потока (чисел Рейнольдса)
2. Методика математического моделирования и численный
алгоритм расчета
2.1. Математическая модель динамики ПОУ ССО
2.2. Уточнение коэффициентов гидравлических сопротивлений.
Математическая модель
2.3. Численный алгоритм расчета динамики ПОУ ССО
3. Результаты численного моделирования динамики ПОУ ССО
3.1. Результаты численного расчета динамики ПОУ ССО по
традиционной методике
3.2. Уточнение коэффициентов гидравлических сопротивлений участка «свободного отката»
3.2.1. Гидравлическое сопротивление системы отверстий участка «свободного отката» в начальный момент времени
3.2.2. Гидравлическое сопротивление системы отверстий участка «свободного отката» с учетом обратного течения в момент перемещения поршня на 0.06 м
3.2.3. Гидравлическое сопротивление системы отверстий участка «свободного отката» с учетом обратного течения в момент перемещения поршня, на 0.15 м
3.2.4. Гидравлическое сопротивление системы отверстий участка
«свободного отката» с учетом обратного течения в момент перемещения поршня на 0.24 м
3.2.5. Гидравлическое сопротивление системы отверстий участка «свободного отката» с учетом обратного течения в момент перемещения поршня на 0.353495 м
3.2.6. Обобщение результатов расчета гидравлических сопротивлений отверстий участка «свободного отката»
3.3. Уточнение коэффициентов гидравлических сопротивлений отверстий
на внешнем цилиндре гидротормоза
3.3.1. Гидравлическое сопротивление системы отверстий внешнего цилиндра в момент перемещения поршня на 0.04 м
3.3.2. Гидравлическое сопротивление системы отверстий внешнего цилиндра в момент перемещения поршня на 0.46 м
3.3.3. Гидравлическое сопротивление системы отверстий внешнего цилиндра в момент перемещения поршня на 1.02 м
3.3.4. Гидравлическое сопротивление системы отверстий внешнего цилиндра в момент перемещения поршня на 1.365 м
3.3.5. Обобщение результатов расчета гидравлических сопротивлений отверстий внешнего цилиндра
3.4. Расчет динамики ПОУ ССО по новой методике (с уточненными значениями гидравлических сопротивлений)
3.5. Сравнение результатов решения с результатами первого эксперимента (выстрел 1)
3.6. Сравнение результатов решения с результатами второго эксперимента (выстрел 2)
Выводы
Список работ, опубликованных по теме диссертации
Список литературы
Введение
Состояние вопроса
Одним из важнейших элементов современных артиллерийских орудий является противооткатное устройство (ПОУ), которое гасит импульс от выстрела, предотвращая разрушение орудия. ПОУ может состоять из одного или нескольких гидравлических тормозов. Гидротормоз представляет собой замкнутую совокупность полостей, заполненных рабочей жидкостью, соединяющихся через систему отверстий.
Применение технологии численного моделирования работы подобных устройств упрощает процесс проектирования и снижает его стоимость. На данном этапе развития вычислшсльноп техники и численных методов для решения подобных динамических задач в трехмерной постановке требуются многопроцессорные ЭВМ, которые пока являются уникальными и используют специальное программное обеспечение. Это обстоятельство и по настоящее время определяет выбор подходов при решении таких задач в сторону значительного упрощения разнос!ных схем. Моделирование процесса высокоскоростного демпфирования связано с определением параметров массопсрстока, которые зависят от скорости отката, а также от геометрии и распределения отверстий в рабочих сосудах, через которые перетекает жидкость. В традиционном подходе для определения параметров массоперетока используются постоянные значения гидравлических сопротивлений, полученных экспериментально для каждого типа профилированного огверешя. Такой подход не позволяет достаточно точно описать поведение ПОУ, так как он не учитывает взаимное влияние параметров течения сквозь систему проходных отверешй. Взаимное влияние потоков жидкости через систему проходных отверстий экспериментально установлено и описано только для простейших случаев. Задача экспериментального определения взаимного влияния потоков для сложных конструкций с неравномерным распределением проходных сечений, которым и является гидравлический тормоз, является технологически сложной и в ряде случаев невозможной. Поэтому в настоящий момент актуально развитие имеющихся методик с использованием современных вычислительных систем для подробного исследования закономерностей массоперетока в сложных узлах ПОУ.
Особенности конструкции артиллерийских противооткатных устройств (ПОУ). Схема работы ПОУ стенда свободного отката
Противооткатное устройство (ПОУ), обеспечивающие демпфирование силы действия пороховых газов на ствол орудия, может состоять из одного или нескольких гидравлических тормозов. Гидравлический тормоз представляет собой систему полостей с перетекающей жидкостью. Ударное воздействие на подвижные части гидравлического тормоза гасится по определенному закону за счет внутреннего сопротивления со стороны жидкости. Характер торможения движущихся частей зависит от геометрии внутренних полостей, а также от формы и размера поверхности сквозь которую жидкость перетекает между соседними полостями. Существует несколько основных типов гидравлических тормозов, одним из которых является гидротормоз с перфорированными цилиндрами. Гидравлические тормоза такого типа используются на стенде свободного отката (ССО).
Стенд свободного отката (рис.1) является полноразмерной артиллерийской системой применяемой для измерения характеристик выстрела. На нем производятся экспериментальная отладка зарядов, которые применяются на серийных орудиях. Одной из проблем проектирования артиллерийских систем (АС) в условиях повышения скорости выстрела является создание участка свободного или малоторможенного отката, предназначенного для уменьшения гидравлической силы сопротивления до момента вылета снаряда из канала ствола. Это позволяет повысить точность стрельбы или точность измерений при определении характеристик АС. На примере специализированного противооткатного устройства, применяемого на измерительном стенде ССС
3. Результаты численного моделирования динамики ПОУ ССО
Производится численный расчет динамики ПОУ ССО по традиционной методике (с использованием постоянных значений гидравлических сопротивлений) и новой меюдике (с уточненными гидравлическими сопротивлениями). С целью сравнения результатов численного решения с данными, полученными в результате экспериментов в качестве нагружающей силы 1„, используется вынуждающая сила пороховых газов, полученная экспериментально (рис. 58, 59):
Рис. 58 Нагружающая сила (первый Рис. 59 Нагружающая сила (второй
эксперимент) эксперимент)
3.1. Результаты численного расчета динамики ПОУ ССО по традиционной
методике
Производится расчет динамики ПОУ ССО в одномерной постановке по традиционной методике с использованием одинакового значения коэффициента гидравлического сопротивления (I; =1.7) для всех отверстий перфорированных цилиндров. Принимается, что значение гидравлического сопротивления не зависит от расположения соседних отверстий, характеристик потока и положения поршня. Проведено исследование сходимости решения, способа моделирования процесса совместного движения поршней, а также влияние этих способов на качество решения. Произведено сравнение двух решений: с учетом отрыва поршней друг от друга в процессе их совместного движения после соударения и без учета отрыва. Установлено, что использование алгоритма без учета отрыва поршней друг от друга на протяжении отката после их соударения не вызывает существенной потери точности решения, шаг по времени при этом может быть использован в 50 раз больше. Поэтому в дальнейшем приводятся результаты расчета движения поршней без учета отрыва. Сила трения на поршнях I до момента их соударения с поршнями 11 рассчитывается как Ртр!=рМ^; сила трения на поршнях II до момента их соударения с поршнями I принимается за Ртр^рМц^, сила трения считается постоянной на протяжении отката после момента соударения поршней и равной р(М]+2М[^, где д-коэффициент трения (р=0.2), £ — ускорение свободного падения (§=9.81м/с“), М/- масса откатных частей за исключением поршня II (М;= 3610 кг), Мц -масса поршня II (23 кг); в качестве Ркн, используется вынуждающая сила пороховых газов, полученная экспериментально (рис. 58).