Комплексная методика оптимального проектирования и исследования параметров и характеристик колес оседиагональных насосов ТНА ЖРД

• Автор: Федотчев, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

1. Методика комплексного исследования и оптимального проектирования колес оседиагональных насосов ТНА ЖРД

1.1. Методика профилирования оседиагонального колеса

1.2. Методика расчета гидродинамических характеристик колеса и нагрузок на лопасти колеса
1.3. Методика расчета напряженно-деформированного состояния и определения собственных частот лопастей оседиагонального колеса
2. Разработка программно-методического обеспечения комплексного исследования и оптимального проектирования колес оседиагональных насосов ТНА ЖРД

2.1. Назначение и возможности программно-методического обеспечения

2.2. Модуль профилирования оседиагонального колеса

2.3. Модуль расчета гидродинамических характеристик и нагрузок на лопасти колеса

2.4. Модуль расчета напряженно-деформированного состояния лопастей и собственных частот лопастей оседиагонального колеса

3. Новый класс оседиагональных насосов, используемых как основные насосы ЖРД

3.1. Бустерный оседиагональный насос кислорода ТНА двигателя тягой 83 кН на топливе кислород - керосин
3.2. Основной оседиагональный насос кислорода ТНА двигателя тягой 83 кН на топливе кислород - керосин
3.3. Основной оседиагональный насос кислорода ТНА двигателя тягой 840 кН на топливе кислород - керосин
3.4. Основной оседиагональный насос керосина ТНА двигателя тягой 840 кН на
топливе кислород - керосин
3.5 Основной оседиагональный насос кислорода ТНА ЖРД с напором 30 МПа
Выводы
Литература

Жидкостный . ракетный двигатель (ЖРД) - сердце любой космической транспортной системы. Современный ЖРД - венец мирового научно-технического и технологического прогресса. Разработка ЖРД требует больших финансовых затрат и
занимает от 7 до 10 лет труда большого коллектива.
Успешная реализация проекта во многом зависит от технических решений принимаемых на начальных стадиях разработки - этапе технических предложений и предэскизной проработки.
В значительной степени надежность, энерго-массовые характеристики. и. другие параметры двигателя определяются характеристиками турбонасосных агрегатов ЖРД. Турбонасосные агрегаты ЖРД (ТНА ЖРД) являются наиболее напряженными среди лопастных машин. К ним предъявляются следующие требования: минимальные габариты и масса, высокие надежность, экономичность, низкий уровень пульсаций и вибраций, высокие кавитационные качества. Такие же проблемы стоят при создании общепромышленных насосов. Высокие. требования, предъявляемые к лопастным машинам, можно удовлетворить только при их всестороннем исследовании на всех этапах проектирования, начиная с этапа формирования технического задания.
Исследование можно проводить как экспериментальным, так и расчетным путем. Однако, экспериментальные исследования на моделях сложны в постановке и связаны с большими затратами (стоимость модели, оборудования, электроэнергии и т.д.). Для реальных насосов ТНА ЖРД сложность и стоимость исследований еще выше. Поэтому, целесообразно проведение вычислительного эксперимента. Под вычислительным экспериментом понимается численное моделирование физического процесса на
вычислительных машинах.
Цель работы
1. Разработка комплексной методики расчета колес оседиагональных насосов ТНА ЖРД, охватывающая все этапы проектирования
2. Создание на основе разработанной методики программно-методического обеспечения, позволяющего проводить оптимизационные расчеты . колес оседиагональных насосов ТНА ЖРД.
3. Разработка с помощью вычислительного эксперимента нового класса оседиагональных насосов, используемых в качестве основных насосов ТНА ЖРД.
Научная новизна работы Разработаны и представлены в работе

1. Комплексная методика расчета колес оседиагональных насосов ТНА ЖРД, охватывающая все этапы проектирования.
2. Программно-методическое обеспечение комплексного расчета колес оседиагональных насосов ТНА ЖРД.
3. Новый класс оседиагональных насосов, используемых в качестве основных насосов ТНА ЖРД.
Практическая ценность работы
Предложенная методика использовалась для проектирования оседиагональных колес
насосов ТНА отечественных ЖРД
На защиту диссертации выносятся
1. Комплексная методика оптимального проектирования и исследования параметров и характеристик колес оседиагональных насосов ТНА ЖРД
2. .Программно-методическое обеспечение комплексного расчета колес оседиагональных насосов ТНА ЖРД.
3. Разработанные оседиагональные насосы, используемые в качестве основных насосов ТНА ЖРД.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах по системе автоматизированного проектирования ТНА ЖРД в ФГУП “Центр Келдыша”, на семинарах в ОАО “НПО Энергомаш”, на отраслевом семинаре “Сквозное проектирование и изготовление изделий приборо- и машиностроения”, на семинаре аспирантов кафедры М-1 , МГТУ им. Н.Э. Баумана, на семинаре по механике
деформируемого твердого тела в МАИ (руководитель чл.-корр. АН СССР Э.И. Григолюк), на XXIX Академических чтениях по космонавтике в период с1985 по 2005 годы.
Публикации. Работа содержит материалы, полученные в ходе ее выполнения в 1985 -5-2005 годах, опубликованные в 12 научно- технических отчетах и технических справках и
1. статье. Материалы диссертации использованы в отраслевом стандарте и отраслевом фонде алгоритмов и программ.
Реализация работы.
В соответствии с комплексным планом №769-44-85, утвержденным АН СССР и Министерством общего машиностроения, методика расчета напряженнодеформированного состояния и собственных частот лопастей колес шнекового типа была внедрена в ОАО “НПО Энергомаш” В 1988 году.
Выпущен ОСТ 92-4366-85 “Шнеки агрегатов подачи ЖРД. Методика расчета на прочность”. В Отраслевой фонд алгоритмов и программ приняты программы “Расчет напряженно-деформированного состояния лопастей осевых колес шнекового типа

1.3.4 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА
Для треугольных элементов целесообразно использовать барицентрическую систему координат Ы Ц Ц, связанную с местной системой х у г, соотношениями
х = Х[Ь( + х ІЦ. + хкЬ1
У=УіЬі+уіЬі + укЬк, (1.3.24)
+ Ц
Узел і имеет координаты Ц = 1, Ц = 0, Ьк = 0,
узел) имеет координаты = 0, Ц- =1, Ьк = 0,
узел к имеет координаты Ь, = 0, Ц = 0, Ьк = 1.
Обратные соотношения имеют вид Еі=(аі + хЬі + усі)/(2Д),
Ьі=(аі+хЬі + усі)/(2Д),
Ьк =(ак+хЬк + уск)/(2Д). (1.3.25)
Здесь 2У - удвоенная площадь элемента, аі=хіук-хк-уі,
ьі = у1-ук =Уік,
*к-
(У,к).
Интегралы в барицентрических координатах равны *
1 1-ІЧ
1 = 2Д/ |Г(Ц,Ц,Ьк)с1Ц(1Ег (1.3.26)
о о
Рассмотрим теперь характеристики треугольного плоского тонкого элемента с тремя узлами і,), к в углах в локальных координатах х у г.
Простейшее уравнение равновесия элемента имеет вид ||ке||^е + = Ёе. ' (1.3.27)
Здесь (ке)- матрица жесткости,
Уе - вектор узловых перемещений,
Р7Р- вектор узловых усилий, статически эквивалентных перепаду давления,