CC BY
10ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Доник В.Д.
кандидат технических наук, Государственное предприятие «АНТОНОВ»
Donik V.D. сand.tech.sci.
ANTONOV compani
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА В КАБИНЕ ПРИ РАЗГЕРМЕТИЗАЦИИ
ОТСЕКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА METHOD OF DETERMINING AIR PARAMETERS IN THE CABIN WHEN DISCHARGEING THE COMPARTMENT OF THE AIRCRAFT
Summary: For the first time, a method is presented for determining the air parameters in the cabin when the aircraft compartment is depressurized. The results of studies of processes in aircraft cabinets are generalized and the main provisions for determining the gas parameters in the compartment are formulated, taking into account the flow of gas through the leaks of the hermetic cabin. The regimes of gas flow in the compartment are determined for the supply, removal of gas and mixing of gases. An algorithm for determining the integral and local gas parameters in the compartment is presented. The comparison of the developed method with the existing methods is made.
Key words: airplane, sudden depressurization, mathematical model, gas dynamics.
Аннотация: Впервые представлен метод определения параметров воздуха в кабине при разгерметизации отсека летательного аппарата. Обобщены результаты исследований процессов в кабинах летательных аппаратов и сформулированы основные положения определения параметров газа в отсеке с учетом перетекания газа через неплотности герметической кабины. Определены режимы течения газа в отсеке при подводе, отводе газа и смешении газов. Представлен алгоритм определения интегральных и локальных параметров газа в отсеке. Проведено сопоставление разработанного метода по сравнению с существующими методами.
Ключевые слова: летательный аппарат, внезапная разгерметизация, математическая модель, газовая динамика.
Постановка проблемы
Задача об исследовании процессов при сжатии и расширении потока является одной из основных задач в гидродинамике и газодинамике. Изучение движения жидкости и газа производится в соответствии с методами Лагранжа и Эйлера [1]. В методе Лагранжа изучается движение каждой отдельной частицы или выделенного объема. Движение газа может быть определено, если известны уравнения траектории движения каждой частицы во времени. Несмотря на широкое применение разработанных методов и принятых допущений при их обосновании, описать изменение параметров газа в отсеке ЛА зачастую ограничено или практически невозможно осуществить. Так, например, в отсеке ЛА имеется подвод и отвод газа (энергии), который в разработанных методах не учитывается. Для реальных отсеков имеются перетекания газа через неплотности фюзеляжа (утечки). Без определения утечки из герметической кабины летательный аппарат (ЛА) не может быть сдан в эксплуатацию. Поэтому разработка метода для определения параметров газа в кабине ЛА представляет собой научную проблему, которая имеет практическое значение и оказывает существенное влияние на безопасность членов экипажа и пассажиров.
Анализ последних исследований и публикаций
На основании метода Эйлера в движущейся жидкости выделяют два сечения (элементарные площадки). Через все точки площадки проводят линии тока. Объемный пучок линий тока образует элементарную струйку, а его боковая поверхность -трубку тока. «Важнейшим свойством трубки тока является непроницаемость ее боковой поверхности для движущихся частиц жидкости» [2 стр. 34]. Для описания изменения параметров жидкости между сечениями используют контрольные объем и поверхность. В соответствии с [1, стр. 65] «.. .внутренние ее части не рассматриваются - они были выделены лишь для обоснования метода». Для нестационарных потоков «.траектории жидких частиц не совпадают с линией тока» [2, с. 29]. При выводе уравнения Бернулли в каждом сечении рассматриваются параметры объема (например, плотность жидкости) [3, с. 22-23]. Сечение представляет собой плоскую фигуру, а рассматриваются параметры, которые включают три пространственные координаты (объем). Несмотря на проведенные исследования функции Бернулли и установленный принцип максимума [4], влияние принятых допущений на результаты моделирования при использовании метода Эйлера не достаточно изучены. Использование метода Эйлера для определения параметров газа в отсеке ЛА не представляется
и«
возможным, что приводит к необходимости проведения дополнительных исследований и разработки новых методов.
На основе метода Эйлера были разработаны различные математические модели. В работе [5] рассматривается модель течения жидкости на основе уравнений Навье-Стокса. Отмечается, что метод расчета осредненных по числу Рейнольдса уравнений Навье-Стокса имеет наиболее совершенную модель течения, за исключением представления крупных вихрей или при моделировании точечного источника [6]. Однако применение этой модели для решения связанных с аэроупругостью проблем требует вычислительных затрат, которые лежат за пределами возможностей на этапе предварительного проектирования. Дополнительно имеются сложности в формировании постановки задачи и быстродействием работы алгоритмов нестационарных процессов [7].
В работе [8] впервые установлены основные положения разработки математической модели газодинамических процессов истечения воздуха из отсека с учетом априорной информации. Разработанная математическая модель устанавливает зависимость между давлением, плотностью, температурой, подведенной и отведенной энергии воздуха в отсеке и при их изменении. Представлены результаты расчета и эксперимента давления воздуха в отсеке ЛА при наличии перетекания воздуха через неплотности фюзеляжа. Показаны преимущества и недостатки разработанной модели.
В работе [9] впервые обобщены и представлены основные принципы, законы, уравнения, правила и способы для определения воздуха внутри отсека при разгерметизации, включая внезапную. Представлены результаты численных и экспериментальных исследований влияния показателя политропы и площади отверстия (круглое, типа «пробка», «щель», «рваное») на результаты моделирования давления воздуха во времени. Погрешность результатов расчета давления воздуха в отсеке в соответствии с разработанной математической моделью с постоянным показателем политропы составила 5,2%, пульсаций давления воздуха - 10,2%.
Анализ опубликованных работ показывает, что описание процессов движущегося газа в соответствии с методом Эйлера не учитывает подвод, смешение, отвод, утечки газа. Имеются трудности решения задач при задании граничных условий. Необходимость рассмотрения таких процессов, режимов течения газа особенно проявляется при подводе воздуха в кабину ЛА от нескольких источников сжатого воздуха, смешение воздуха и сброса его в атмосферу. Поэтому разработка основных положений для определения параметров газа в отсеке ЛА имеет теоретическое и практическое значение.
Выделение нерешенных ранее частей общей проблемы
В результате анализа опубликованных работ установлено, что в работах рассмотрены основные положения разработки математической модели га-
зодинамических процессов различных случаев истечения газа из отсека, разгерметизации отсека при переменной и постоянной площади выходного отверстия. Рассмотрены режимы течения газа в отсеке из условия движущейся среды без учета параметров отсека. Авторами работ были сформулированы основные положения определения параметров движущейся среды, основные законы (сохранения энергии, массы вещества, количества движения) и получены основные уравнения (например, состояния газа). Несмотря на это, в опубликованных работах не достаточно определены режимы течения газа в отсеке, что зачастую усложняет описание процессов и не позволяет производить инженерный анализ газодинамических процессов в отсеке. Ограничимся преимущественно описанием процессов в отсеке, которые определены в соответствии с требованиями АП-25, 1ЛЯ-25, 08-25, РЛЯ-25. Для расширения области решаемых задач необходимо рассмотреть изменение параметров газа в соответствии с политропным процессом.
Цель статьи
Обобщить результаты исследований и сформулировать основные положения определения параметров воздуха в кабине при разгерметизации отсека ЛА (в дальнейшем метод отсека).
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Сформулировать основные положения определения параметров газа в отсеке.
2. Исследовать интегральное и локальное значение параметров газа в отсеке. Разработать алгоритм определения локальных значений параметров газа в отсеке
3. Провести сравнительную оценку метода отсека по сравнению с другими методами, например, методом Эйлера.
Изложение основного материала
Кабина ЛА представляет собой сложный физический объект, в котором протекают газодинамические и аэроакустические процессы. Учитывая это определим основные этапы и сформулируем основные положения определения параметров воздуха в кабине при разгерметизации отсека ЛА в соответствии с требованиями, например АП-25, 1ЛЯ-25, С8-25, РЛЯ-25.
Для определения параметров газа в кабине производится анализ конструкторской документации ЛА. На основании предъявляемых требований к ЛА разрабатываются требования к кабине и методам ее расчета. Исходя из предъявляемых требований к ЛА, кабина разделяется на отсеки. Для каждого отсека устанавливается зависимость полного
давления газа в отсеке (^ ) от массы газа в отсеке
(т ), температуры в заторможенном потоке (То ),
объема (V), показателя политропы (П), массового (объемного) расхода подводимого
отведенной
О О.| и отводимого ^о = ^О. | газа, под-
еденной (д1 =^Тдк
V к=1
д2 = ^ д^ I энергии, внутренней и внешней ра-
d =1 )
боты I I = ^ ^ I, высоты полета (Ц), давления
V ¿=1 /
(Ратм.), плотности (Ратм) , температурЫ (ТатМ)
атмосферного воздуха или смежного отсека, параметров пульсации газа (Р , Т , Рв) во времени
(т). Зависимости между параметрами будут иметь следующий вид:
Р0 = /(т, Т0, V, п, О,, О2, д, I, Н, Р, Т, рв, т), где z, p, c, h, Ь - количество источников в отсеке;
О, = / (^,Р0,Т0,д,I,РатМ,п,А); в} = /2 (^, ЗД, д, I, Ратм, п, А) А - коэффициент; ^ = Л2 (P0, Ратм,х,т) - площадь выходного отверстия; X - угол поворота регулирующего устройства; д = д — д2 . Выбор зависи-
мости между параметрами производится через параметры в заторможенном потоке, которые непосредственно используются для оценки целостности конструкции. Выбор одномерной, двумерной или трехмерной модели определяется в зависимости от поставленной задачи при проектировании отсека и уровня разработанности отсека. В самом общем виде модель отсека представлена на рис. 1. Для установления зависимостей между выше указанными величинами реальных отсеков определяются основные конструктивные элементы, геометрические размеры и основные функции исследуемой кабины, отсеков, места установки агрегатов перепуска воздуха между отсеками и режимы их работы, площади для перетекания воздуха между отсеками, выпускного клапана (ВК) и т.д. Разрабатываются модели ВК и узлов перепуска газа между отсеками. Определяются начальные значения параметров газа (давление, температура, влажность) внутри отсеков и атмосфере. По результатам изучения встретившихся на практике случаев разрушения шин определяется модель повреждения колеса и шины [10, 11]. Представляется возможным сформулировать исходные данные с учетом нормативных требований, которые предъявляются к кабине, отсеку и ЛА, грузовым и багажным отсекам, шуму и вибрации в кабине экипажа, защищённости конструкции отсека от взрыва пневматика.
г
Рисунок 1. Трубка тока и модель отсека для определения параметров движущегося газа: 1, 2 -исследуемые точки на линии тока; Е1, Е2 - исследуемые сечения; V- объем отсека; Т0, Р, ро -
температура, давление, плотность газа в заторможенном потоке соответственно; ^ - расход
подводимого газа; С2 - расход отводимого газа; д - подведенная энергия; д2 - отведенная
энергия; I - внутренняя и внешняя работы; 2, р, с, h, Ь - количество источников в отсеке
и«
2
Я =
1=1
ь
I=11,
,=1
^ А
Ч1 = Ъ Чк ч = Е Ч
к =1 Р
Я2 =1 Я
]=1
На основании сформулированных начальных исходных данных разрабатывается структурная схема отсеков ЛА (например, представленной в работе [12]). Несмотря на то, что нормативные требования допускают объединение отсеков, необходимо указывать все отсеки, которые максимально отражают назначение и функциональные характеристики кабины. Определяется закон изменения давления воздуха в кабине и изменение параметров газа. Анализ структурной схемы отсеков позволяет сформулировать исходные данные подводимого и отводимого газа, подводимой и отводимой энергии в отсек(и). Определяется величина нормируемого максимального отверстия. Определяются расчетные случаи, которые включают исходные параметры газа в отсеке, высоту полета, величину отверстий и их характеристики для перетекания газа между отсеками, варианты течения газа и подача газа в отсек от внешних источников, режимы полета ЛА (эксплуатация кабины в штатном режиме, экстренное снижение на безопасную высоту, разгерметизация ГК, внезапная разгерметизация и др.). Разработка структурной схемы и определение расчетных случаев позволяет сформулировать обобщенные исходные данные для проведения газодинамических расчетов отсеков ЛА по обеспечению требованиям нормативных документов. Анализ структурной схемы показывает, что кабина ЛА представляет собой сложную термодинамическую систему (ТДС) [13, с. 47].
На результаты моделирования физических явлений оказывает влияние выбор системы координат [14]. Поэтому для моделирования газодинамических процессов выбор системы координат может включать следующие операции:
а) на основании накопленного теоретического и практического опыта решения данного класса задач или на основании интуиции исследователя определяется система(ы) координат. Производится выбор предпочтительных параметров, которые отражают основные свойства исследуемого процесса;
б) относительно выбранной системы координат проводятся исследования основных закономерностей и определяется модель физического явления;
в) по результатам оценки результатов эксперимента и модели определяется предпочтительная си-стема(ы) координат.
Для оценки предложенного выбора системы координат необходимо провести исследования вли-
яния выбора системы координат на результаты моделирования процесса газа в отсеке. Установить, как оказывают влияние параметры газа в разрабатываемой модели и выбранной системы координат на результаты моделирования. Отдается предпочтение той системе координат, на основании которой разработанная модель адекватно описывает исследуемый процесс.
На изменение параметров газа в отсеке оказывают влияния процессы перетекания газа из одного отсека в другой. Перетекание газа происходит через различные регулировочные или дроссельные устройства. Поэтому для этих устройств необходимо провести комплексные газодинамические и аэроакустические исследования. По результатам исследований установить закономерности изменения расхода газа и уровней звукового давления (УЗД) от основных параметров исследуемых устройств. На основании полученных экспериментальных данных представляется возможным разработать математическую модель расхода газа через параметры торможения.
Устанавливается зависимость между давлением, температурой и плотностью газа в отсеке в соответствии с законами сохранения массы, энергии и переменной массы вещества. При этом используется уравнение состояния, а отсек рассматривается в виде закрытой или открытой ТДС. Параметры газа в отсеке изменяются по политропе. Показатель политропы определяется на основании статистических критериев (например, коэффициент множественной корреляции, Фишера, Кохрена) по результатам сопоставления расчета и эксперимента. Использование уравнений политропы позволяет расширить круг решаемых задач. Для оценки силового воздействия газа на экран записывается уравнение количества движения. Предполагается, что за исследуемый промежуток времени показатель политропы является постоянной величиной ( П = СОП81). Это предположение проверяется сопоставлением результатов расчета и эксперимента. Определяется оптимальный показатель политропы, в соответствии с которым представляется возможным с помощью разработанной модели описать изменение параметров газа в отсеке с достаточной для практики точностью для модели и натурного образца.
Разработку математической модели изменения параметров газа в отсеке необходимо производить при условии того, что отсек рассматривается в виде закрытой или открытой ТДС. Для закрытой ТДС устанавливается зависимость между давлением, температурой, плотностью при совершении внутренней работы и изменении параметров газа по политропе. Такая зависимость между параметрами позволяет описать изменение параметров внутри ТДС. Разработка математической модели через энтальпию и параметры газа в заторможенном потоке позволяет описать процессы в отсеке при равенстве параметров движущегося и заторможенного потоков (Р = Р0, Т = Т0 ) и при Р Ф Р0, Т Ф Т0
11=1
. Для открытой ТДС разработанные математические модели описывают не только процессы внутри отсека, но и процессы взаимодействия газа внутри отсека с окружающей средой. Учитывая сложность таких процессов в реальном отсеке ЛА необходимо разработать модели по экспериментальным дан-ныш. На основании открытой и закрытой ТДС разрабатываются математические модели реальных процессов при изменении параметров газа по политропе. Для повышения точности оценок разработанный математических моделей при наличии погрешностей в измеряемых величинах в соответствии с МНК необходимо использовать помехоустойчивые методы [15].
Необходимо провести исследования по разработке математической модели процессов в реальном отсеке, которые имеет утечки. Для разработки такой зависимости необходимо провести теоретические и экспериментальные исследования. Разрабатывается модель при истечении газа через отверстие переменной площади. Проведенные теоретические исследования позволят получить частные решения, которые могут быть использованы для проверки разработанных моделей. На основании установленных характеристик утечек представляется возможным разработать математические модели реальных процессов в отсеках ЛА, которые адекватно описывают процессы в отсеке.
Параметры газа в отсеке определяются в соответствии с уравнением состояния. Изменение этих параметров происходит при подводе или отводе газа. На изменение параметров газа в отсеке существенное влияние оказывает режим течения газа Для исследуемого отсека с параметрами
(Р0, т, Т0, V) при подводе газа (Р лт ,Т „V Л) определим в самом общем
\ поот под опод под/ *
виде режим течения по изменению параметров в соответствии с уравнениями:
а)
dP0_ d(/1 (т,Т0, V))
dт
V = COnst;
т, dт
б)
под _ л с/2 т 'под, Тпод, Vпод'))
Лт Лт
Код =
Расчет параметров газа в отсеке и подаваемого производится в соответствии с представленными уравнениями до выполнения условий с заданной
точностью: Р - Рпод, р- Рпод, Т ~ Тпод. При невыполнении одного из этих условий, пара-
при
при
метры газа в отсеке изменяются во времени и являются нестационарными. В соответствии же с методом Эйлера нестационарный режим течения определяется по условию, когда линии тока не совпадают с траекториями движения частиц [2, с. 29]. Эти процессы протекают при подводе и отводе энергии, неравномерности параметров газа по объему отсека, конденсации влаги, деформации отсека. Характер изменения параметров газа в отсеке зависит от отношения параметров подаваемого газа к
' Р Т р Л
параметрам газа в отсеке под под —.
V Р ' Т ' р )
При достижении значений параметров газа в отсеке критических величин и выше образуется критический режим течения газа. Критический режим также образуется при отношении объемов
(Упод / V). Установление таким образом зависимости между параметрами подаваемого газа и газа в отсеке позволяет определить режим течения и повысить уровень знания об исследуемых процессах. В опубликованных же работах [2, 17] определяется режим движущегося газа, а не взаимодействие различных газов. Аналогично определяют режим течения в отсеке при отводе газа из отсека.
В соответствии с разработанной математической моделью необходимо провести сопоставление результатов расчета и эксперимента, определить адекватность модели. Если же с помощью разработанной модели не представляется возможным описать равномерность распределения параметров газа по объему отсека, то производят разделение отсека на подотсеки (подобъемы) в соответствии с алгоритмом, который представлен на рис. 2.
В соответствии с [16] при внезапной разгерметизации определяются интегральные значения параметров газа по объему отсека во времени. По результатам сопоставления результатов расчета и эксперимента определяется адекватность разработанной модели. Если модель не удовлетворяет статистическим критериям, то производится поиск локальных значений параметров газа в отсеке в соответствии с алгоритмом, который представлен на рис. 2. Поиск решения производится итерационным путем. На каждом шаге производят деление отсека на i подотсеков. Количество подот-секов может составлять от двух до максимального значения. На каждом шаге количество подотсеков может быть постоянной величиной или переменной. Деление отсека(подотсека) производится до тех пор, пока не будет достигнуто выполнение условия адекватности модели по изменению давления газа в отсеке
Рис. 2. Алгоритм определения локальных значений параметров газа в отсеке
во времени. Так как, за основу модели взято уравнение состояние, то для получения несмещенных оценок необходимо дополнительно производить проверку модели по плотности или температуре газа. Температура газа измеряется стандартным оборудованием. Поэтому производится проверка адекватности модели по температуре газа. Деление отсека производится аналогично, как и при оценке модели по давлению. После получения адекватной модели по давлению и температуре в каждом подотсеке определяются локальные значения параметров газа. На основании полученных результатов устанавливают зависимость изменения давления и температуры газа в отсеке во времени. Необходимость проведения двух уровней проверки адекватности модели подтверждается результатами исследований моделей для натурных отсеков при определении давления и времени аварийной разгерметизации кабины самолета. На выбор значения количества (0 подотсеков оказывает влияние неравномерность параметров газа по отсеку. Проведены исследования при истечении газа из отсека на экран показали, что при делении отсека на каждом шаге на два подотсека 0=2) и при количестве подотсеков 16000 разработанная модель описывает исследуемый процесс с достаточной для практики точностью. Деление отсека на подотсеки позволяет повысит точность разработанной модели и определить локальное значение параметров газа в отсеке.
При истечении газа из «большого» отсека деление отсека на подотсеки не производится. Для такого отсека выполняются условия
Ро = Р, То = Т, Ро = Р. В этом отсеке совпадают локальные и интегральные значения параметров газа. В работах [4 - 7] на основании уравнений Навье-Стокса и Эйлера эта задача решается другим путем. Интегральное значение параметров элементарной струйки получено при интегрировании локальных значений параметров газа вдоль линии тока. В соответствии с разработанным методом в качестве исходных данных является интегральное значение параметров газа по отсеку(объему). Локальное же значение параметров газа определяют путем деления отсека на подотсеки, что позволяет существенно упростить описание процессов в отсеке.
Давление газа в отсеке является функцией многих переменных величин. Вид функции и значения переменных величин существенно зависят от исследуемых процессов в отсеке и решаемых задач. Для определения параметров газа в отсеке необходимо задать расчетные случаи. Это позволяет сократить объем исследований. Расчетные случаи определяются в соответствии с нормативными требованиями АП-25, 1ЛК-25, С8-25, РЛЯ-25, которые включают начальное значение параметров газа (давление и температура) внутри и снаружи отсека, объём(ы) отсека(ов), наличие подводимой и отводимой энергии, площадь отверстия между отсеками для перетекания газа, расход воздуха от СКВ, величину нормируемого отверстия, высоту полёта и режимы изменения высоты полета, режимы работы
СКВ и ВК, режимы истечения воздуха из отсека в атмосферу или смежный отсек(образование отверстия с помощью дверей, люков, кранов, ВК, при разрушении конструкции отсека, разгерметизации отсека, внезапной разгерметизации отсека, взрыве пневматика шасси) и др. Для всех заданных расчетных случаев проводится газодинамический расчет изменения параметров газа в отсеках ЛА. Полученные расчетные значения параметров газа в отсеках используются для установления закономерностей в отсеке и оценки целостности конструкции ЛА. На основании полученных расчетных значений параметров газа в исследуемых отсеках определяются параметры газа в кабине и разрабатываются методы, способы и средства для оценки целостности конструкции ЛА.
В качестве недостатка можно отметить следующее. Первоначально предполагается, что параметры газа в исследуемом отсеке равномерно распределены по объему. При относительно малой скорости движения среды и «большом» объеме это условие зачастую выполняется. При увеличении скорости и достижении околозвуковых скоростей условие нарушается и приводит к увеличению объема расчетов по определению локальных параметров газа в соответствии с рис. 2. В этом случае разработанный метод по объемам проведения расчетов приближается к расчетам в соответствии с моделью Навье-Стокса. Кроме того, определение параметров в соответствии с разработанным методом не учитывает вязкость среды. Несмотря на это в соответствии с разработанным методом представляется возможным установить зависимость между параметрами с достаточной для практики точностью.
По сравнению с методом Эйлера разработанный метод отсека содержит (трубка тока и модель отсека представлены на рис. 1):
1. Вместо контрольного объема(образованного линиями тока), который был выделен для обоснования метода, используется отсек, заполненный газом. К отсеку подводится(отводится) газ, энергия. Отсек по размерам и конфигурации ограничений не имеет. Исследуются процессы газа в отсеке, для которых записываются основные уравнения газодинамики и аэроакустики.
2. Исследуемые параметры газа непосредственно отнесены к объему отсека (подотсеку).
3. По интегральным значениям параметров газа в отсеке определяются их локальные значения.
4. Газодинамические процессы в отсеке описываются с учетом подводимого и отводимого, смешения и выравнивания параметров газа во времени.
5. Разработка математической модели процесса газа в отсеке производится с учетом совершения внутренней и внешней работы.
6. Режимы течения газа определяются путем сопоставления параметров подводимого(отводи-мого) и находящегося газа в отсеке.
7. Отсек рассматривается в виде закрытой и открытой ТДС.
8. Для каждого расчетного случая проводится расчет и анализ изменения давления газа в отсеках во времени и по высоте полета ЛА, что позволяет
определить максимальные(предельные) перепады давления на исследуемую конструкцию отсека.
По сравнению с [17] разработанный метод содержит:
1. Газодинамические процессы в отсеке рассматриваются с учетом выравнивания параметров газа во времени в исследуемом отсеке.
2. Разработка математической модели процесса в отсеке производится по параметрам заторможенного потока с учетом совершения внутрен-ней(внешней) работы.
3. Определение режима течения газа производится путем сопоставления параметров газа пода-ваемого(отводимого) и находящегося в отсеке.
4. Отсек рассматривается в виде закрытой и открытой ТДС.
5. Для каждого расчетного случая проводится расчет и анализ изменения давления газа в отсеках во времени и по высоте полета ЛА, что позволяет определить максимальные давления и перепады давления на исследуемой конструкции отсека.
Выводы и перспективы
В результате проведенных исследований впервые получены следующие выводы:
1. Установлены основные положения определения воздуха в кабине при разгерметизации отсека ЛА.
2. Определены интегральные и локальные значения параметров газа в отсеке и разработан алгоритм определения локальных значений параметров газа в отсеке.
3. На основании разработанного метода отсеков по сравнению с методом Эйлера определяются параметры газа в отсеке при подводе, отводе газа (энергии) и не содержит допущений параметров газа и отсека.
Учитытая полученные результаты, необходимо продолжить исследования по определению параметров газа в отсеке ЛА с учетом вязкости.
Список литературы
1. Сергель О.С. Прикладная гидрогазодинамика / О.С. Сергель. - М.: Машиностроение, 1981. - 374 с.
2. Бендерский Б.Я. Аэрогидрогазодинамика / Б.Я. Бендерский. - М.: Институт компьютерных исследований; Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2007. - 496 с.
3. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик; под ред. М.О. Штейнберга - М.: Машиностроение, 1992. -672 с.
4. Голубкин В.Н. Принцип максимума функции Бернулли / В.Н. Голубкин, Сизых Г.Б. // Ученые записки ЦАГИ. - 2015. - Т. 46, № 5. - С. 53 -56.
5. Вычисление параметров флаттера профиля на базе метода Эйлера с приближенными граничными условиями // Экспресс-информация. Авиастроение. - 2006. - № 4. - С. 3-13.
6. Кириллов О.Е. Одно решение уравнений На-вье-Стокса: точечный сферически симметричный
источник в сжимаемом совершенном газе / О.Е. Кириллов // Ученые записки ЦАГИ. - 2015. - Т. 46, № 7. - С. 30 - 41.
7. Башкин В.А. Численное исследование задач внешней и внутренней аэродинамики / В.А. Башкин, И.В. Егоров. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2013. - 332 с.
8. Доник В.Д. Разработка математической модели газодинамических процессов в отсеке летательного аппарата с учетом априорной информации / В.Д. Доник // East European Scientific Journal. -Warsaw. - 2016. - № 1(5). - Volume 3. - P. 26 - 35.
9. Доник В.Д. Моделирование газодинамических и аэроакустических процессов при внезапной разгерметизации отсеков летательного аппарата /
B.Д. Доник, А.З. Двейрин // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. - Харьков: НАКУ «ХАИ». - 2014. - Вып. 63. -
C. 134 - 151.
10. Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории. - М.: ЛИИ им. М.М.Громова, 1994. - 322 с.
11. Wheel and Tire Failure Model. JAA Temporary Guidance Material TGM/25/08 (issue 2) 07.02.01.
12. Доник В.Д. Исследование газодинамических процессов при внезапной разгерметизации отсека / В.Д. Доник, А.З. Двейрин // Вестник Национального технического университета Украины «КПИ». Машиностроение: сб. науч. тр. - К.: НТУУ «КПИ», 2005. - Вып. 46. - С.133-137.
13. Мартюшев Л.М. Развитие экосистем и современная термодинамика / Л.М. Мартюшев, Е.М. Сальникова. - Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2004. - 80 с.
14. Мхитарян А.М.Динамика полета / А.М. Мхитарян, П.С. Лазнюк, В.С. Максимов и др. - М.: Машиностроение, 1978. - 414 с.
15. Доник В.Д. Алгоритм сглаживания экспериментальных данных с минимизацией остатков / В.Д. Доник. - К., 1987. - Деп. ВИНИТИ 1.04.88. Ш534-В88. - 8 с.
16. Доник В.Д. Установление закономерностей изменение параметров воздуха в соответствии с моделью внезапной разгерметизации / В.Д. Доник // East European Scientific Journal. - Warsaw.- 2016. -№ 3(7). - V. 2. - P. 14-20.
17. Ивлентиев В.С. Разгерметизация кабин летательных аппаратов: автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.07.02. - М.: МАИ, 1983. - 32 с.
References
1. Sergel O.S. Prikladnaya gidrogazodinamika / O.S. Sergel. - M.: Mashinostroenie, 1981. - 374 s.
2. Benderskiy B.YA. Aerogidrogazodinamika / B.YA. Benderskiy. - M.: Institut kompyuternyih issle-dovaniy; Ijevsk: NITS "Regulyarnaya i haoticheskaya dinamika", 2007. - 496 s.
3. Idelchik I.E. Spravochnik po gidravlicheskim soprotivleniyam / I.E. Idelchik; pod red. M.O. SHteyn-berga - M.: Mashinostroenie, 1992. - 672 s.
4. Golubkin V.N. Printsip maksimuma funktsii Bernulli / V.N. Golubkin, Sizyih G.B. // Uchenyie zapiski TSAGI. - 2015. - T. 46, № 5. - S. 53 - 56.
5. Vyichislenie parametrov flattera profilya na baze metoda Eylera s priblijennyimi granichnyimi usloviyami // Ekspress-informatsiya. Aviastroenie. -2006. - № 4. - S. 3-13.
6. Kirillov O.E. Odno reshenie uravneniy Nave-Stoksa: tochechnyiy sfericheski simmetrichnyiy istochnik v sjimaemom sovershennom gaze / O.E. Kirillov // Uchenyie zapiski TSAGI. - 2015. - T. 46, № 7. - S. 30 - 41.
7. Bashkin V.A. CHislennoe issledovanie zadach vneshney i vnutrenney aerodinamiki / V.A. Bashkin, I.V. Egorov. - M.: FIZMATLIT, 2013. - 332 s.
8. Donik V.D. Razrabotka matematicheskoy modeli gazodinamicheskih protsessov v otseke letatelnogo apparata s uchetom apriornoy informatsii / V.D. Donik // East European Scientific Journal. -Warsaw. - 2016. - № 1(5). - Volume 3. - P. 26 - 35.
9. Donik V.D. Modelirovanie gazodinamicheskih i aeroakusticheskih protsessov pri vnezapnoy razgermetizatsii otsekov letatelnogo apparata / V.D. Donik, A.Z. Dveyrin // Otkryityie informatsionnyie i kompyuternyie integrirovannyie tehnologii. - Harkov: NAKU «HAI». - 2014. - Vyip. 63. - S. 134 - 151.
10. Aviatsionnyie pravila. CHast 25. Normyi letnoy godnosti samoletov transportnoy kategorii. - M.: LII im. M.M.Gromova, 1994. - 322 s.
11. Wheel and Tire Failure Model. JAA Temporary Guidance Material TGM/25/08 (issue 2) 07.02.01.
12. Donik V.D. Issledovanie gazodinamicheskih protsessov pri vnezapnoy razgermetizatsii otseka / V.D. Donik, A.Z. Dveyrin // Vestnik Natsionalnogo tehnich-eskogo universiteta Ukrainyi «KPI». Mashinostroenie: sb. nauch. tr. - K.: NTUU «KPI», 2005. - Vyip. 46. -S.133-137.
13. Martyushev L.M. Razvitie ekosistem i sov-remennaya termodinamika / L.M. Martyushev, E.M. Salnikova. - Moskva-Ijevsk: Institut kompyuternyih is-sledovaniy, 2004. - 80 s.
14. Mhitaryan A.M.Dinamika poleta / A.M. Mhitaryan, P.S. Laznyuk, V.S. Maksimov i dr. - M.: Mashinostroenie, 1978. - 414 s.
15. Donik V.D. Algoritm sglajivaniya eksperi-mentalnyih dannyih s minimizatsiey ostatkov / V.D. Donik. - K., 1987. - Dep. VINITI 1.04.88. N2534-V88. - 8 s.
16. Donik V.D. Ustanovlenie zakonomernostey izmenenie parametrov vozduha v sootvetstvii s modelyu vnezapnoy razgermetizatsii / V.D. Donik // East European Scientific Journal. - Warsaw.- 2016. -№ 3(7). - V. 2. - P. 14-20.
17. Ivlentiev V.S. Razgermetizatsiya kabin le-tatelnyih apparatov: avtoref. dis. d-ra tehn. nauk: 05.07.02. - M.: MAI, 1983. - 32 s.
Rovin S.L.,
Ph.D.,
Belarusian National Technical University, Minsk, Belarus
Kalinichenko A.S., D.Sc,
Belarusian National Technical University, Minsk, Belarus
A NEW METHOD OF RECYCLING OF PARTICULATE IRON-CONTAINING WASTES - THE WAY TO CREATION OF NON-WASTE PROCESSING AND UTILIZATION OF METALS IN INDUSTRY.
Summary: The article presents an alternative method for recycling ferrous-containing waste. Method based on a continuous solid-liquid phase reduction of iron oxides in rotary tilting furnaces (RTF). The new method allows the processing of waste from virtually any composition and state from metal to oxide and multicomponent (shavings, scales, sludges, etc.) contaminated with moisture, oils, organic impurities without their preliminary preparation (purification, homogenization, pelletization, etc.). The final product of method is a cast iron or steel ingot or specified casting alloys.
Key words: recycling, reduction, disperse iron-containing wastes, rotary tilting furnaces
Introduction
Efficient use of recourses including wastes utilization and recycling is a matter of universal significance. In response to the growth of deficit of qualitative charge materials and their prices the recycling of disperse iron-containing wastes, such as chips, scale, aspiration and abrasive dust, sludge etc., and which accumulation in dumps today comparable with ore mining is a matter of great significance.
At present in metallurgy methods of direct ore oxides reduction are rapidly on the rise along with a traditional blast-furnace practice of iron production. It seems that these methods may be also used for processing of industrial metal wastes. But at the formal resemblance of the processes it is practically impossible
to use the engineering solutions existing in metallurgy for recycling dispersed iron-containing wastes.
The main problem is that all the methods of iron direct reduction, as well as blast-furnace practice, maintain the differential process characteristic - charge must be in the form of lumps (pellets, agglomerates, briquettes). Lower size limit is 10 - 15 mm, while the upper one doesn't have practically any restrictions. The lower limit is conditioned by a layer mode of furnaces working technology and their sizes. Herewith not only size limitations but also strict requirements to the charge density and strength are attributed to operational and technological characteristics [1].
It is known that the rate of heat exchange and all heterogeneous processes at the gas-solid interface, including solid-phase reduction, depends on the reagents
