Аэрокосмическая техника высокие технологии и инновации – 2016

УДК 629.7.036.22.001(075.8)

СИСТЕМА ПОДАЧИ ПОРОШКООБРАЗНОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ГОРЮЧЕГО В КОМБИНИРОВАННОМ ПРЯМОТОЧНОМ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОМ ДВИГАТЕЛЕ С ГЛУБОКИМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ТЯГИ

В.И. Малинин, А.С. Бажуков

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

Bazhukov.A.S.@mail.ru

Изменение тяги двигательной установки в широком диапазоне значений – одна из важнейших особенностей ракет, отвечающих современным требованиям вооружения. Система подачи комбинированного прямоточного воздушно-реактивного двигателя на порошкообразном металлическом горючем с большим изменением расхода – одно из перспективных направлений двигателестроения ввиду возможности повышенной степени регулируемости тяги.

Ключевые слова: комбинированные двигатели, ракетнопрямоточные и прямоточные воздушно-реактивные двигатели, газогенератор твердого топлива, система подачи металлического горючего.

Современные ракетно-прямоточные двигатели твердого топлива (РПДТ) позволяют проводить регулирование тяги при помощи изменения расхода газогенератора, однако они имеют свои недостатки. К ним можно отнести нижний предел расхода, который, например, у РПДТ «Метеор» составляет 0,2 кг/с (ограничен нижним пределом горения топлива), и верхний предел расхода (1,0 кг/с), обусловленный прочностью конструкции газогенератора [1]. Система подачи порошкообразного металлического горючего (ПМГ) комбинированного прямоточного воздушнореактивного двигателя (ПВРД) лишена вышеуказанных недостатков ввиду ее принципиального отличия от РПДТ и позволяет регулировать расход в более широких пределах [2]. Для обеспечения работы системы подачи ПМГ требуется наличие источника газа, в качестве которого используется ГГС. Схема разработанной ГГС комбинированного ПВРД представлена на рисунке.

311

Рис. Схема разработанной ГГС

Принцип работы схемы таков: по команде системы управления срабатывает воспламенитель пускового газогенератора 1, охлажденный газогенераторный газ поступает в бак с ПМГ. Время работы пускового газогенератора не больше времени работы стартово-разгонной ступени комбинированного ПВРД. После окончания работы стартово-разгонной ступени и открытия клапана подачи порошка пироклапан 2 производит разгерметизацию баллона-ресивера с сжатым азотом 3. Азот из 3 через газовый редуктор 4 истекает в бак с ПМГ. По мере расходования горючего из основного бака постоянное давление в подушке бака обеспечивается при помощи 3. При снижении давления в 3 ниже допустимого перед газовым редуктором (давление определяет система управления при помощи датчика давления 5) срабатывает поддерживающий газогенератор 6, заполняя продуктами сгорания баллон-ресивер и повышая давление перед редуктором до требуемого уровня. При повторном падении давления срабатывает воспламенитель газогенератора 6, а затем аналогично по необходимости газогенератор 7. Таким образом вышеописанная схема обеспечивает подачу газа в топливный бак в течение всего времени работы комбинированного ПВРД на ПМГ.

Основным отличием проектируемой системы подачи ПМГ от газогенератора РПДТ является возможность регулирования расхода продуктов сгорания в широком диапазоне. В качестве прототипа проектирования принят газогенератор РПДТ «Метеор»

312

с основными принципами: сохранение массы и габаритов, минимальное изменение конструкции, переработка конструкции только отсека газогенератора. Для обеспечения возможности замены газогенератора «Метеор» система подачи ПМГ с ГГС характеризуется следующими основными конструктивно-массовыми решениями:

1.Длина ГГС – 170 мм.

2.Масса конструкции газогенератора принята на уровне 45 % от массы топлива в нем.

3.Материал бака с азотом и корпуса газогенератора – титан.

4.Материал охладителя – порошкообразный бор.

5.Толщина ТЗП – 1,5 мм (прототип – 7 мм).

6.Материал силовой оболочки – титан (прототип – сталь

18Ni).

7.Масса ПМГ – 27 кг (равна массе твердого топлива прото-

типа).

8.Бронировка, в отличие от прототипа, отсутствует.

На основании п. 1–8 был произведен расчет массы системы подачи, результаты приведены в таблице.

Результаты расчета масс конструкции

Выводы:

1.ГГС и система подачи ПМГ по предварительным расчетам имеют массу, равную массе газогенератора прототипа.

2.Габаритные характеристики обоих систем выдержаны одинаковыми, за исключением толщины ТЗП и отсутствия бронировки в проектируемой системе.

3.Спроектированная схема позволяет регулировать расход продуктов более чем в 10 раз за счет аккумулирования газов в баллоне-ресивере и наличия газового редуктора. Таким образом возможно регулировать расход ПМГ также более чем в 10 раз, что существенно превосходит возможность регулирования газогенератора.

313

Список литературы

1.Обносов Б.В. Конструкция и проектирование комбинированных ракетных двигателей на твердом топливе: учеб. для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. – 303 с.

2.Малинин В.И. Внутрикамерные процессы в установках на порошкообразных металлических горючих. – Екатеринбург– Пермь: УрО РАН, 2006. – 262 с.

УДК 538.911, 539.32

МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ АТОМА УГЛЕРОДА, ОПИСЫВАЮЩИЙ УПРУГИЕ МОДУЛИ И ИЗГИБНУЮ ЖЕСТКОСТЬ ГРАФЕНА

Р.С. Окатьев, И.Ю. Зубко

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

okatjevrs@gmail.com

Классические потенциалы межатомного взаимодействия в ряде случаев позволяют достаточно точно описать упругие модули листа графена в его плоскости, но дают заниженные значения изгибной жесткости, для корректного прогнозирования которой требуется явным образом учитывать в потенциале строение ковалентной связи атомов углерода в графене. С помощью инвариантов системы трех векторов, задающих направления ковалентных связей, в работе строится модифицированный потенциал, учитывающий структуру sp2-гибридизованной оболочки атома углерода и содержащий независимый энергетический параметр, который отвечает за изгиб связей. Полученный потенциал позволяет получать реалистичные значения изгибной жесткости графена.

Ключевые слова: графен, изгибная жесткость, инварианты системы векторов, энергетический подход.

Графен – двумерный углеродный материал с гексагональной решеткой, свойства которого в последнее десятилетие интенсивно изучаются как экспериментально, так и теоретически [1–4]. Это связано с интересом к его уникальным механическим характеристикам, а также с необходимостью прогнозировать свойства

314

C 1 mn a m

1212 0 m n

где a – равновесный период решетки графена, который соответствует минимуму полной потенциальной энергии образца и определяется как

Таким образом, предложенный потенциал учитывает структуру sp2-гибридизованной оболочки атома углерода в графене, описывает зависимость энергии связи от расстояния как потенциал Ми и содержит независимый энергетический параметр, отвечающий за изгиб ковалентной связи. Показано, что такой потенциал позволяет получать реалистичные значения изгибной жесткости и всех упругих модулей листа графена.

Работа проведена в рамках задания № 2014/152 на выполнение государственных работ в сфере научной деятельности

317

в рамках базовой части госзадания Минобрнауки РФ (код проек-

та – 1911).

Список литературы

1.Гольдштейн Р.В., Ченцов А.В. Моделирование механических свойств композита графен-углеродные нанотрубки в рамках дискретно-континуального подхода: препринт / Российская академия наук, Учреждение Российской академии наук, Ин-т проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН. – М., 2011. – Сер. № 949

2.Морозов Н.Ф., Товстик П.Е., Товстик Т.П. Континуальная модель деформации графена // Вестник Санкт-Петербург- ского университета. Сер. 1. Математика. Механика. Астроно-

мия. – 2014. – Т. 1, № 1. – С. 134–143.

3.Беринский И.Е., Кривцов А.М., Кударова А.М. Определение изгибной жесткости графенового листа // Физическая мезо-

механика. – 2014. – Т. 17, № 1. – С. 57–65.

4.Зубко И.Ю. Вычисление упругих модулей монослоя графена в несимметричной постановке с помощью энергетического подхода // Физическая мезомеханика. – 2015. – Т. 18, № 1. –

С. 37–50.

5.Зайцев А.В., Рогов Д.С. Моделирование начального режима работы кольца из терморасширенного графита в кранах с уплотнением по штоку // Известия Самарского научного центра Рос-

сийской академии наук. – 2012. – Т. 14, № 4–5. – С. 1235–1238.

6.Жилин П.А. Модифицированная теория симметрии тензоров и тензорных инвариантов // Нелинейные проблемы механики сплошных сред: Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. – 2003. – Спецвып. – C. 176–195.

318

УДК 621.01

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Е.П. Решетникова, П.Ю. Бочкарев

Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина, Саратов, Россия

purpose22@mail.ru

Показана перспективность разработки технологического процесса обработки деталей аэрокосмической техники с учетом реальных размерных взаимосвязей поверхностей обрабатываемой детали, установленных при проектировании.

Ключевые слова: размерные взаимосвязи, технологический процесс изготовления, контроль поверхности, корректировка припуска заготовки.

Требования к решению производственных задач возрастают с развитием наукоемких технологий, в связи с этим повышаются требования к качеству их решения, сроки при этом сокращаются, возникаетнеобходимостьпринятияэффективныхпроектныхрешенийв минимальные сроки. Добиться этого можно за счет современных технологических методов обработки, отвечающих требованиям современного производства, подходов ко всем этапам и проектным процедурамтехнологическойподготовкипроизводства.

Задачей машиностроительных производств с развитием высоких технологий в специальном машиностроении является обеспечение выпуска широкой номенклатуры деталей с достижением высокого экономического эффекта, что требует высокой гибкости производственной системы и разработки технологических процессов на основе максимального использования технологических возможностей оборудования и эффективного применения его функционального потенциала для достижения высокой производительности производства.

Применяемая в настоящее время на машиностроительных предприятиях организация технологической подготовки производства во многом является причиной увеличения временных и материальных затрат, снижения качества принимаемых проект-

319

ных решений как на стадии технологической подготовки, так и при производстве изделий. Таким образом, определяющим фактором обеспечения требований к развитию механообрабатывающих производств является обоснованность принятых проектных решений на этапах технологической подготовки производства, обеспечивающих качество изготавливаемых изделий.

Наиболее ответственным этапом технологической подготовки производства является разработка технологического процесса, от которого зависит качество обработанных деталей. Создаваемый технологический процесс должен обеспечивать высокую производительность труда при минимизации материальных средств на его производство.

Проведенный анализ подходов к разработке технологии обработки сложнопрофильных деталей показал ее несовершенство, а именно обработка деталей со сложными поверхностями представляет собой длительный процесс, контроль ответственных поверхностей осуществляется при помощи универсального измерительного инструмента, а входной и межоперационный контроль отсутствуют. Также недостаточно проработаны вопросы разработки процессов технологии обработки деталей, которая основывается на усредненных конструктивных характеристиках и информации о выбранном методе получения заготовки.

Для решения вопроса предлагается методика [1], обобщенная схема которой представлена на рисунке, она основывается на установлении реальных характеристик заготовок. Разработка технологического процесса для обеспечения требуемого качества и сокращения себестоимости изготовления изделия базируется на определении точных размерных характеристик поверхностей заготовки. При проектировании изделия основой для создания 3D-модели заготовки служит ее чертеж с заданными параметрами. С помощью созданной 3D-модели осуществляется входной контроль размерных характеристик заготовки, и по результатам измерений, соответственно, принимается решение о возможности рационального изготовления конкретной детали в данной производственной системе. 3D-модели заготовки являются основой для проведения контроля параметров реальной заготовки. Контроль размерных характеристик заготовки проводится на координатноизмерительной машине (КИМ).

320