CAE-системы гидрогазодинамического расчета параметров рабочего тела в элементах ТНА Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

<Тешетневс^ие чтения. 2016

охлаждаемого элемента вне конструкции летательного аппарата. Из этого следует необходимость сочетания в используемом материале компонентов, обладающих большой жаропрочностью, высокой степенью черноты и хорошей обрабатываемостью. Например, ниобиевых, молибденовых сплавов или жаростойких покрытий, допускающих нагрев до 1 300-1 500 °К [4].

Очевидно, что данный метод охлаждения уже использовался или планируется к использованию. Например, в посадочном модуле космического корабля «Аполлон» или планируемой модификации ракетного двигателя КВД-1. Рассмотрим последний, для него используется насадок радиационного охлаждения (НРО) из УУКМ (углерод-углеродный композиционный материал), и для его надежного охлаждения применяется внутреннее (завесное) охлаждение водородом, поступающим из турбины бустерного агрегата в тракт низкого давления. Нагретый в этом тракте водород вдувается внутрь сопла и улучшает охлаждение НРО [5].

Подводя итог, можно сказать, что расчет радиационного охлаждения обладает некоторыми особенностями, отличающими его от других методов.

Библиографические ссылки

1. Васильев А. П., Кудрявцев В. М., Кузнецов В. А. и др. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. М., 1983. 703 с.

2. Алемасов В. Е., Дрегалин А. Ф., Тишин А. П. Теория ракетных двигателей. М. : Машиностроение, 1980. 535 с.

3. Гахун Г. Г. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. М., 1989. 424 с.

4. Ракетные двигатели / М. Баррер, А. Жомотт, Б. Ф. Вебе и др. М. : Оборонгиз, 1962. 801 с.

5. Официальный сайт КБХМ [Электронный ресурс] URL: http://www.kbhmisaeva.ru/main.php?id=54 (дата обращения: 15.09.2016).

References

1. Vasil'ev A. P., Kudrjavcev V. M., Kuznecov V. A., et al. Fundamentals of the theory and calculation of liquid-propellant rocket engines. M., 1983. 703 p.

2. Alemasov V. E., Dregalin A. F., Tishin A. P., Theory of rocket engines. M. : Mashinostroenie, 1980. 535 s.

3. Gahun G. G The construction and design of liquid rocket engines. M., 1989. 424 p

4. Rocket engines / M. Barrer, A. Zhomott, B. F. Vebe et al. M. : Oborongiz, 1962. 801 p.

5. Official website CADB [Electronic resource] URL: http://www.kbhmisaeva.ru/main.php?id=54 (date of access 15.09.2016).

© Бегишев А. М., Торгашин А. С., Леонгард А. Ю., Назаров В. П., 2016

УДК 629.7.01

сае-системы гидрогазодинамического расчета параметров

РАБОЧЕГО ТЕЛА В ЭЛЕМЕНТАХ ТНА

А. Ю. Васянина, А. А. Тонких

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассмотрены преимущества использований CAE-систем гидрогазодинамического расчета параметров рабочего тела в элементах ТНА.

Ключевые слова: гидрогазодинамический расчет, рабочее тело, ТНА, CAE-системы.

CAE-SYSTEMS OF FLUID DYNAMICS CALCULATION OF PARAMETERS OF WORKING MASS IN TURBOPUMP

A. U. Vasyanina, A. A. Tonkih

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

The paper reviews advantages of the using CAE-systems of fluid dynamics calculation of parameters of working mass in a turbopump.

Keywords: fluid dynamics calculation, working mass, turbopump, CAE-systems.

Появление и последующее развитие технологий высокопроизводительных вычислений было вызвано необходимостью выполнения математических расчетов для различных исследований.

Несмотря на то что методы и алгоритмы этих расчетов не отличаются особой сложностью, объем самих вычислений настолько значителен, что небольшой группе исследователей практически невозможно

¡Проектирование, производство и испытания двигателей летательных, аппаратов

выполнить их в приемлемые сроки и с должным качеством.

В настоящее время в решении инженерных задач особое место занимает проектно-конструкторская и научно-исследовательская деятельность, которая базируется на использовании компьютерных технологий при исследовании процессов и явлений.

Без внимания не остаются эти вопросы и в аэрокосмической области.

В данной работе были рассмотрены четыре программы САПР и возможности их применения в области гидрогазодинамики: ANSYS. MSC Nastran, АЬадш, StarCCM+.

Разнообразные программные продукты позволяют при помощи расчётных методов (метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод конечных объёмов) оценить, как поведёт себя компьютерная модель изделия в реальных условиях эксплуатации, помогают убедиться в работоспособности изделия без привлечения больших затрат времени и средств [1].

ANSYS CFD занимает лидирующие позиции на рынке программного обеспечения для турбомашино-строительной отрасли, которая предъявляет самые высокие требования к программному обеспечению с точки зрения точности, надежности и скорости проведения расчетов.

ПО ANSYS позволяет получать устойчивое и точное решение для сжимаемых и несжимаемых потоков, при высоких и низких числах Маха и Рейнольдса. Также в ней присутствует целый набор специализированных инструментов для проектирования и расчета турбомашин: модуль для 2D экспресс-анализа течения в проточной части; геометрический модуль для лопаточных аппаратов, включая модули одномерного проектирования; автоматический сеточный генератор. Но недостатком данной программы является ее тяжелая система работы. Не очень хорошим качеством является и наличие множества отдельных программ -для ковочно-штамповочных работ, чистой динамики газов и жидкостей, насосов, турбин и т. д. [2].

Программа Nastran имеет сильный геометрический модуль, больше свободы в задании граничных условий, больше возможностей при создании КЭ-сетки (используют сплайн-технологии). В интерфейсе OpenFSI_Ex из структурной задачи в гидрогазодинамическую передаются поступательные и вращательные компоненты перемещений, скоростей и ускорений. В обратном направлении передаются узловые силы и моменты. Набор инструментов ЖА расширяет номенклатуру доступных инструментов моделирования и расчетов MSC Nastran. Специалисты компании MSC в сотрудничестве с инженерами аэрокосмической отрасли разработали этот инструмент, чтобы эффективно интегрировать данные результатов расчета газодинамики, полученные в пакете CFD (ComputationalFluidDynamics - вычислительная гидрогазодинамика), с возможностями MSC Nastran по решению задач аэроупругости. Существенным недостатком данной программы является отсутствие обилия методов для решения одной и той же задачи [3].

АЬаяш - программный комплекс мирового уровня в области конечно-элементных расчетов на прочность, с помощью которых можно получать точные и достоверные решения для самых сложных линейных и нелинейных инженерных проблем.

Программа представляет возможности в области анализа гидродинамики плавных частиц, ассоциативный интерфейс с САТ1А V5 с возможностью двусторонней передачи параметров модели, улучшение ассоциативных интерфейсов с другими программными комплексами для геометрического моделирования.

Недостатком данной программы являются: тяжелый интерфейс и обилие возможностей, с которыми, возможно, столкнуться не придется.

Стоимость данного пакета начинается от 10 тысяч евро [4].

STAR-CCM+ - это не просто CFD-решатель, это целый инженерный процесс, предназначенный для решения задач, связанных с расчётом потоков (жидкостей или твёрдых веществ), теплопереноса и прочности. Основными преимуществами данной программы являются: повышение производительности и эффективности, снижение расходов и задержек, связанных с подготовкой физических прототипов, ускорение выхода изделий на рынок.

Программный пакет STAR-CCM+ может проводить следующие типы анализов: стационарный и нестационарный, ламинарный и турбулентный, ньютоновский и неньютоновский, сжимаемые и несжимаемые, среды с распределенным сопротивлением (пористые среды), многокомпонентные потоки, теплообмен (конвекция, проводимость и излучение), массопе-ренос, химические реакции (включая горение), внешние нагрузки, вращение, диспергированные мульти-фазные потоки, потоки со свободной поверхностью (включая кавитацию).

CFD-моделирование используется не только для решения задач, связанных с гидродинамикой потока. Помимо этого, оно используется для моделирования термодинамических эффектов и химических реакций, присутствующих в потоке.

Термодинамические эффекты включают в себя теплопередачу в пределах жидкости плюс теплообмен жидкости с поверхностями твердых тел. То есть имеется возможность решения задач сопряженного теплообмена между телом и жидкостью. Помимо этого можно учесть конвективный характер теплообмена, теплоемкость и излучающий характер передачи тепла [5].

Выбор какой-либо из представленных программ должен осуществляться исходя из поставленных задач и целей.

Современные технологии оказывают полезное влияние на изучение и моделирование процессов гидрогазодинамики, позволяют полностью рассчитать параметры потока жидкости.

Но даже самые новейшие программы дорабатываются и включают все больше возможностей реализации виртуального расчёта параметров рабочего тела в ТНА.

Библиографические ссылки

1. Скороходов В. Ф., Юрзин С. В., Бирюков В. В. Применение систем инженерного анализа для исследования гидродинамических характеристик газожид-

Решетневс^ие чтения. 2016

костных потоков // Труды Кольского научного центра РАН. 2010. Вып. 3.

2. Вычислительная гидродинамика [Электронный ресурс]. URL: https://tpolis.com/ansys/files/ansys_ gidrodinamic.pdf (дата обращения: 15.03.2014).

3. САПР для Машиностроения и Промышленного производства. Инженерные расчеты и моделирование технологических процессов [Электронный ресурс]. URL: http://www.cad.ru/ru/software/detail.php?ro=3181 (дата обращения: 26.12.2014).

4. Современные технологии в промышленности [Электронныйресурс]. URL: https://tesis.com.ru/ software/abaqus/abaqus_exp.php#hydro_heat (дата обращения: 08.05.2013).

5. Орешков М. А., Злобин В. Б. Применение CFD-технологий с использованием CAE-систем при проведении гидрогазодинамического расчета агрегатов ЖРД // АПАК 2016 : II Междунар. науч.-практ. конф. (11-15 апреля 2016, г. Красноярск) / Сиб. гос. аэро-космич. ун-т. Красноярск, 2016.

References

1. Skorochodov V., Urzin S., Birukov V. Primenenie system engenernogo analiza dlya issledovaniya gidrodinamicheskich characteristic gazojidkostnich

potocov [Application of Engineering Analysis Systems to Study Hydrodynamic Characteristics of Gas-Liquid Flows // Trudy Kol'skogo nauchnogo centra RCA]. 2010.

2. V'ychislitel'naya gidrodynamica. [Computational fluid dynamics]. Available at: https://tpolis.com/ansys/ files/ansys_gidrodinamic.pdf (accessed 15.03.2014).

3. CAE dlya machinostroeniya i promyshlennogo proizvodstva. Engenernye raschety i modelirovanie technologicheskich prossesov. [CAE for mechanical engineering and industrial production. Engineering calculations and modeling of technological processes]. Available at: http://www.cad.ru/ru/software/detail.php?ro =3181(accessed 26.12.2014).

4. Sovremennye technologii v promychlennosti [Modern technology in industry]. Available at: https://tesis.com.ru/software/abaqus/abaqus_exp.php#hyd ro_heat (accessed 08.05.2013).

5. Oreshkov M., Zlobin V. Primenenie CFD-technologi s isрolizovaniem CAE-system pri provedenii gidrogasodinamicheskogo rascheta agregatov LPR // Materialy II Mezhdunar. nauch. konf. "Actual'nye problem aviazii i cosmonavtiki" [Materials II Intern. Scientific. Conf "APAC"]. Krasnoyarsk, 2016. (In Russ.)

© Васянина А. Ю., Тонких А. А., 2016

УДК 620.169.2

ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

П. В. Волосович, В. Ю. Журавлев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассматриваются требования к условиям выбора средств измерений для обеспечения точности при проведении гидродинамических испытаний насосных агрегатов.

Ключевые слова: средство измерения, метрологические характеристики, насосный агрегат.

SPECIFIC SELECTION OF MEASURING INSTRUMENTS FOR THE TESTS OF PUMPING IN UNITS LIQUID ROCKET ENGINE

P. V. Volosovich, V. Yu. Zhuravlyov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

This article discusses the requirements for measuring instruments selection criteria to ensure accuracy during hydrodynamic testing pumps.

Keywords: measuring instrument, the metrological characteristics of the pump unit.

Достоверность характеристик насосных агрегатов (НА), полученных при проведении гидродинамических испытаний, определяется правильностью выбора средств измерений (СИ). Характеристики НА опреде-

ляются на основании требований технических условий (ТУ), выпускаемых разработчиком. Использование СИ с не соответствующими требованиям метрологическими характеристиками может привести