CC BY
20
2. Гилев В.М., Курмель В.Ф. Основные электронные компоненты систем автоматизации аэродинамического эксперимента: методические указания. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. 24 с.
3. Горлин С.М., Слезингер И.И. Аэродинамические измерения. М.: Наука, 1964. 720 с.
4. Реттер Э.И. Архитектурно-строительная аэродинамика. М.: Стройиздат, 1984. 294 с.
5. Бакушинский А., Власов В. Элементы высшей математики и численных методов. М.: Просвещение, 2001. 336 с.
6. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 2014. 368 с.
Горчакова Ольга Сергеевна, магистрант, konnav78@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
MATHEMATICAL RESEARCH OF AERODYNAMIC CHARACTERISTICS USING
THE SOFTWARE COMPLEX
O.S. Gorchakova
The aerodynamic characteristics of high-rise buildings were studied using a software package based on mathematical analysis methods. The results of calculations are presented.
Key words: software package, program, computer simulation, air flow, architecture.
Gorchakova Olga Sergeevna, undergraduate, konnav 78@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.45.02
ИССЛЕДОВАНИЕ ВНУТРИБАЛЛИСТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ
ИЗДЕЛИЙ
М.В. Арсентьева
Рассмотрены вопросы численного моделирования рабочего процесса в газогенераторах пиротехнических изделий. Представлен разработанный программно-методический комплекс, учитывающий специфические особенности расчета параметров рабочего процесса в пиротехнических газогенераторах, такие, как неодновременность воспламенения топливных элементов, горение топлива при пониженных давлениях, горение зарядов сложной геометрии, учет в продуктах сгорания частиц конденсированной фазы, дозвуковое перетекание газовой смеси и др., и приведены результаты расчета.
Ключевые слова: внутренняя баллистика, энергетическая установка, моделирование.
Газогенераторы применяются в различных областях промышленности в качестве вышибных установок для имитации динамических нагрузок, газогенерирующих установок для систем управления, для привода турбин
61
электрогенераторов и насосных агрегатов, наддува полостей с подвижной границей. Требуемый закон изменения расхода газа из газогенератора может быть достаточно сложным, для обеспечения которого применяются топливные заряды сложной формы с изменяющейся поверхностью горения, реализуемой с помощью глухих конических каналов, рифлей, щелевых каналов и т.п., а также используются топливные элементы, изготовленные из нескольких различных по свойствам пиротехнических составов [1].
Разработка перспективных изделий подобного класса ведется преимущественно экспериментальным путем, что требует значительных материальных и временных расходов. Сокращение затрат и времени на отработку дает численное моделирование процессов функционирования изделий.
Для моделирования рабочего процесса в подобных изделиях в термодинамической постановке с использованием основных уравнений термодинамики тела переменной массы [2] с привлечением уравнений газовой динамики для определения скорости истечения разработана программа, интерфейс которой представлен на рис. 1, позволяющая учитывать специфические особенности их работы [3]. Программа позволяет задавать до 4 топливных элементов из различных составов, разной геометрии, в том числе, с помощью зависимости поверхности горения от толщины сгоревшего слоя топлива и до 3 усилителей, также имеющих различную геометрию и разные химические составы.
Г? ¡Учет иеЭДн воспмм]
Рис. 1. Интерфейс программы
Тестирование разработанной программы проводилось с использованием экспериментальных данных, что позволило доработать математическую модель внутрибаллистического процесса в соответствии со специфическими особенностями работы пиротехнических газогенераторов, а также требованиями конечного пользователя - разработчиков указанных изделий. Среди которых можно выделить следующие:
- учет неодновременности воспламенения топливных элементов
[5, 6];
- возможность импортирования функции поверхности горения топлива от толщины сгоревшего слоя, полученной расчетом в других программах;
- учет наличия частиц конденсированной фазы в продуктах сгорания пиротехнического состава [8];
- определение расхода газа и частиц конденсированной фазы при дозвуковом перетекании;
- определение потерь импульса за счет осаждения частиц конденсированной фазы при развороте потока в камере с боковым соплом [8];
- определение потерь полного давления при развороте потока в предсопловом объеме [5, 6];
- горение топлива при пониженных давлениях в камере.
С помощью разработанного программного продукта проводился расчет внутрибаллистического процесса в газогенераторе, снаряженном зарядом торцевого горения из пиротехнического состава, с боковым расходным отверстием, представленный на рис.2. Особенностью работы такого газогенератора является горение состава практически при атмосферном давлении, а также значительное количество частиц конденсированной фазы в продуктах сгорания топлива, осаждаемых на стенках при развороте потока в предсопловом объеме.
Рис. 2. Газогенератор
В таблице представлены результаты расчетов давления в газогенераторе, секундного расхода продуктов сгорания и времени его работы при трех начальных температурах заряда.
Основные^ параметры рабочего процесса в газогенераторе
Тнач.,К 1 раб.,с рст., МПа Ор, г / с
243 21,5 0,1009 25,01
293 17,5 0,123 30,7
323 14,8 0,146 36,4
Поскольку в продуктах сгорания топлива содержится значительное количество частиц к-фазы, то при определении секундного расхода учитывалась степень осаждения частиц на стенках при развороте потока в пред-сопловом объеме [7].
Использование разработанного программного продукта, учитывающего особенности функционирования пиротехнических газогенераторов, позволило провести ряд вычислительных экспериментов при проектировании изделий указанного класса и выработать рекомендации, в том числе, к конструкции камеры сгорания.
Список литературы
1. Арсентьева М.В., Митин А. А., Шабалин А.Н. Особенности расчета рабочего процесса газогенераторов пиротехнических систем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 12. Ч. 1. С. 44-48.
2. Внутрибаллистические процессы в ствольных и ракетных двигателях: в 3 ч. Ч. 1 / М.В. Арсентьева, М.С. Воротилин, Н.В. Могильников, В.Ю. Сладков, О. А. Фомичева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2019. 283 с.
3. Арсентьева М.В., Никитин В. А. Программно-методический комплекс расчета внутрибаллистических процессов в ракетных двигателях с топливными элементами сложной формы // Современные технологии в науке и образовании - СТНО-2017. Рязань: Рязанский государственный радиотехнический университет, 2017. С. 54-58.
4. Арсентьева М.В., Никитин В.А., Хромов А.С. Исследование рабочего процесса газогенераторов пиротехнических систем // Современные проблемы пиротехники: материалы VI Всероссийской научно-технической конференции. Сергиев Посад: Издательский Дом «Весь Сергиев Посад», 2016. С. 98-102.
5. Арсентьева М.В., Митин А.А., Морель Д.А. Учет неодновременности воспламенения топлива при расчете внутрибаллистических процессов в пиротехнических газогенераторах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 11. С. 27-30.
6. Арсентьева М.В., Митин А. А. Расчет внутрибаллистических процессов в пиротехнических газогенераторах средств защиты летательных аппаратов // Актуальные вопросы состояния, развития и эксплуатации авиационного вооружения. Воронеж: ВУНЦ ВВС (ВВА), 2017. С.13-17.
7. Арсентьева М.В., Морель Д.А. Расчет рабочего процесса в пиротехнических газогенераторах с топливными элементами сложной формы // ХХ1 Научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов» сборник тезисов докладов. Королёв: Ракетно-космическая Корпорация «Энергия» имени С.П.Королева, 2017. Т.1. С.170-171.
8. Арсентьева М.В. Исследование течения двухфазного газового потока в предсопловой области энергетической установки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 11. С. 7580.
Арсентьева Марина Владимировна, канд. техн. наук, доцент, mars_100@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INVESTIGATION OF INTRA-BALLISTIC PROCESSES IN POWER PLANTS OF PYROTECHNIC PRODUCTS
M. V. Arsentieva
The issues of numerical simulation of the working process in gas generators ofpyro-technic products are considered. Is presented the developed software and methodological complex that takes into account the specific features of calculating the parameters of the working process in pyrotechnic gas generators, such as non-simultaneous ignition of fuel elements, combustion of fuel at low pressures, combustion of charges of complex geometry, accounting for condensed phase particles in the combustion products, subsonic flow of the gas mixture, etc.and the results of the calculation are presented.
Key words: internal ballistics, power plant, simulation.
Arsentieva Marina Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, mars 100@mai/. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 658.345.06
РЕГРЕССИОННЫЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПОТЕРЬ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ МНОГОСЛОЙНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ИЗ ДРЕВЕСИНЫ
Н.А. Чукарина, Д.В. Русляков, С. А. Шамшура
Приведены результаты экспериментальных исследований и математической обработки в виде регрессивных зависимостей, что фактически и позволяет выполнить расчеты уровней шума при обработке щитовых многослойных заготовок.
Ключевые слова: регрессивные зависимости, коэффициент потерь, многослойные материалы, древесина.
Работу на деревообрабатывающих станках можно отнести к категории опасных, так как в большинстве случаев на рабочих местах наблюдаются повышенные как уровни шума. Поэтому важной задачей является правильный выбор технологии и комплексной инженерной системы защиты от шума.
Диссипативная функция, задаваемая эффективным коэффициентом потерь колебательной энергии, непосредственно используется при проектных расчетах виброакустических характеристик различных конструкций. Эта физическая величина задается по результатам экспериментальных исследований деталей различной геометрической конфигурации для сплошных заготовок из различных пород древесины. Диссипативная функция применительно к обрабатываемым заготовкам из многослойных неоднородных материалов практически не изучена. Поэтому цель экспериментальных исследований заключалась в выявлении закономерностей
65
