Расчет температурных полей и обеспечение тепловых режимов элементов конструкций летательных аппаратов

• Автор: Димич, Вячеслав Викторович
• Шифр специальности: 05.07.02, 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 143 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

ГЛАВА 1. Расчет температурного поля конструкции методом конечных элементов.

1.1 Сравнительный анализ численных методов .

1.2 Основные расчетные соотношения МКЭ

1.3 Модернизация КЭ для тепловых задач

1.3.1 Расчет температурного поля пластин по методике В.А.Стрункина.

1.3.2 Применение стандартных плоских КЭ для решения объемных задач

1.3.3 Применение аналогии НДС и ТС

1.3.4 Расчет многослойной конструкции.

ГЛАВА 2. Проектирование ТЗИ для обеспечения теплового режима конструкции

2.1 Обзор методов оптимизации.
2.2 Предлагаемый алгоритм выбора параметров ТЗИ.
ГЛАВА 3. Компьютерная реализация задачи расчета температурного состояния и проектирования ТЗИ
3.1 Обоснование применения объектноориентированного программирования.
3.2 Описание пакета программ Термосиловой расчет и оптимизация конструкций.
3.3 Описание инструментария визуализации при работе с
пакетом прикладных программ
ГЛАВА 4. Численные исследования по определению
температурных нолей и подбору параметров ТЗИ .
4.1 Расчет температурных полей в стационарных задачах
4.2 Учет нестационарных процессов
4.3 Выбор параметров ТЗИ для обеспечения теплового режима.
Выводы
Литература


Для рассеивания большой части тепла за счет излучения, «Гипер Сор» две трети полета совершает на заатмосферных участках. Однако, даже при таком «щадящем» режиме полета, температура несущих частей фюзеляжа и передних кромок крыла достигает °С, что требует применения ТЗИ. Существуют пассивные и активные методы тепловой защиты. В пассивных методах тепловой защиты воздействие теплового потока воспринимается с помощью специальных внешних оболочек, температуроустойчивых покрытий, наносимых на основную конструкцию, разрушающихся покрытий, а также слои из теплозащитного материала размещают между силовыми слоями конструкции. В активных методах тепловой защиты газообразный или жидкий охладитель принудительно подается к защищаемой поверхности. При подаче во внешний поток охладитель поглощает часть поступающей теплоты. Кроме того, тепловой поток уменьшается в следствие разбавления и оттеснения пограничного слоя вдуваемым газом или парами жидкости. Данный метод применяется для тепловой защиты камер сгорания, лопаток турбин и сопел двигателей. Рассматривается возможность применения для тепловой защиты отдельных участков внешней поверхности ЛА. Дополнительные сложности в проектировании, особенно в начале процесса, могут вносить достаточно сложные внешние обводы, характерные для высокоскоростных ЛА. В обзоре [] по материалам иностранной печати констатируется, что «. Факторы пластичности и ползучести в высоконагретых конструкциях могут проявляться при нагрузках, значительно ниже расчетных. ЛА в целях повышения весовой отдачи конструкции наличие необратимых деформаций при эксплуатационных нагрузках может быть вполне оправдано. Учет влияния температурных факторов и их последствий необходимо принимать во внимание с самых начальных этапов создания Л А и этот учет должен непрерывно сопровождать весь цикл проектирования конструкции. При решении задач исследования температурного состояния элементов конструкций, в инженерной практике применяются два принципиально различных подхода. Первый заключается в получении необходимой информации за счет постановки физического эксперимента, то есть непосредственного измерения температур. Второй - это вычислительный эксперимент, существо которого состоит в расчетном исследовании процессов теплообмена на основе использования их математических моделей различных уровней сложности. Необходимость экспериментальных исследований элементов конструкции, в первую очередь вызывается недостаточными возможностями получения достоверных данных по их температурному состоянию расчетным путем на стадии проектирования. Измерение температуры обычно выполняется контактными методами, основанными на использовании тэрмоэлектрического эффекта и эффекта изменения электрического сопротивления при изменении температуры. Средствами для измерения температуры контактными способами являются термопары и термометры сопротивления. В качестве регистрирующих приборов при измерении температуры термоэлектрическим методом используются милливольтметры и различные потенциометрические приборы, выпускаемые промышленностью серийно. Указанные трудности увеличиваются при необходимости исследования температур малоразмерных деталей. Неоспоримым достоинством результатов, полученных экспериментальными методами, является сравнительно точный учет реальных граничных условий теплообмена и теплофизических свойств, применяемых материалов. Проведение экспериментальных исследований, в частности, определение температурных полей является весьма трудоемким и дорогостоящим мероприятием, т. Экспериментальные исследования температурного состояния элементов конструкций, наиболее целесообразно проводить на заключительных стадиях их доводки с целью получения контрольной информации, накопления задела для последующих разработок, а также с целью опробования по опытным данным методов расчета температурного состояния. На стадии же проектирования, а также в значительной степени и при доводочных исследованиях, ведущая роль принадлежит расчетным методам определения их температурного состояния.