Некоторые аспекты разработки методики проектирования систем трубопроводов ГТД Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

 Ш

11 11111

11 11111

11 1111

1 1111

1 11111

1 1111

1 1111

1 1111

1 1111

1 .....

Рис. 3. Эпюры скоростей

Исходными данными для алгоритмов являлись геометрические параметры полостей течения, режимные параметры. Алгоритм позволяет определять следующие параметры: окружную, осевую и радиальную составляющие скорости жидкости в каждой точке ядра, полное, статическое давление, толщину потери импульса.

Основным преимуществом алгоритма по сравнению с алгоритмами, основанными на эмпирических зависимостях, является относительно широкая область применения. Алгоритм расчета течения в криволинейном канале реализован в программное обеспечение, которое позволяет рассчитывать полости течения различной формы, строить двумерные семейства характеристик различных параметров потока в зависимости от геометрических и режимных параметров [2].

Теоретические и экспериментальные исследования течения проводились в диапазоне радиусов ^тах = 0,169 м и Лтп = 0,031 м на угле разворота

потока Да = 0...90°. Скорость потока на максимальном радиусе изменялась в пределах 5...50 м/с,

Рис. 4. Линии тока в ядре потока

что соответствовало изменению числа Рейнольдса

Яеи = 5,6 104...5,6 105 [2].Достоверность методики

расчета подтверждается сходимостью теоретических, экспериментальных и полученных по другим авторам данных.

Библиографические ссылки

1. Шкарбуль С. Н., Вольчук В. С. Анализ пространственного пограничного слоя в центробежном колесе турбомашины // Энергомашиностроение. 1977. № 1. С. 14-16.

2. Кишкин А. А., Черненко Д. В., Черненко Е. В. Уравнение импульсов трехмерного пограничного слоя // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2007. № 4.

3. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М., 1969.

4. Степанов Г. Ю. Гидродинамика решеток турбомашин. М., 1962.

© Чернятьев А. Е., Толстопятов М. И., Черненко Е. В., Кишкин А. А., 2010

УДК 621.431.75

А. В. Швецов Научный руководитель - С. В. Фалалеев Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева, Самара

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ

ТРУБОПРОВОДОВ ГТД

Работа посвящена изучению метода теплового расчета системы воздухоснабжения авиационного двигателя с использованием программных комплексов Лту&\ ХПИ. Подробно рассмотрено представление системы трубопроводов ГТД в виде графов и дальнейший её расчет, на основе которого разрабатывается методика проектирования систем трубопроводов с использованием 3Б-моделирования. Данный метод позволяет ускорить процесс расчета системы воздухоснабжения двигателя.

Каждый трубопровод имеет свою, порой достаточно сложную конфигурацию и, следовательно, требует индивидуальной доводки. Основная доля

дефектов трубопроводов ДЛА обусловлена циклическим воздействием вибрационного характера и температуры. Проявляется в виде усталостных

Секция «Энергодвигательные установки и системы терморегулирования»

поломок, разгерметизации, наклепа, повышенного уровня вибронапряжений и т. д. Поэтому, несмотря на богатый практический опыт в вопросах обеспечения надежности трубопроводов, накопленный в ряде ОКБ, проведение доводочных работ в рамках традиционной схемы требует значительных материальных и временных затрат. Для решения этой проблемы необходим пересмотр сложившейся методики проектирования на основе 3-х-мерного моделирования и создания эффективных методов расчета.

Объектом исследования являются трубопроводы системы воздухоснабжения ГТД. В работе произведен расчет теплового состояния трубопроводов в среде ЛшуБ, что является частью комплексного прочностного расчета системы трубопроводов ГТД с учетом вибрации, температуры, места установки, жесткости и демпфирования опор. На основе этого расчета разрабатывается методика проектирования систем трубопроводов с использованием 3Б-моде-лирования.

Для осуществления теплового расчета необходимо предварительно определить параметры, содержащие информацию о параметрах рабочего тела в каналах трубопроводов и интенсивности теплообмена со стенками каналов. Эти данные позволяют сделать предварительные выводы об эффективности системы. Определение этих параметров производится при использовании программного комплекса на основе теории графов и гидравлических и воздушных цепей.

Теория графов (граф - система точек, некоторые из которых соединены отрезками; одна из простейших математических моделей взаимодействующих

систем) получила широкое применение в различных инженерных задачах. Она успешно применяется:

- в электромеханике для расчета электрических цепей;

- в гидромеханике для расчета трубопроводных сетей;

- в горном деле для расчета воздухораспределе-ния в вентиляционных сетях шахт.

Расчетный модуль используемого программного обеспечения был разработан сотрудниками Харьковского Политехнического Института им. В. И. Ленина. Система расчета основана на теории графов и инженерных зависимостях расчета гидравлических и воздушных сетей. Данный программный модуль активно и успешно использовался для расчета систем воздухоснабжения двигателей на СНТК им. Н. Д. Кузнецова, что подтверждает достаточно высокую точность получаемых с помощью модуля результатов. Данный программный продукт был дополнительно оснащен средствами, облегчающими подготовку исходных данных для работы программы в среде Excel.

Пример графа трубопровода отбора воздуха из-за пятой ступени компрессора высокого давления на охлаждение турбины низкого давления ГТД приведен на рисунке.

В программе вычисляются площади проходных сечений каналов, периметры и поверхности тепло-съема, гидравлические и тепловые характерные размеры, коэффициенты гидравлического сопротивления с учетом зависимости физических параметров воздуха по тракту системы охлаждения, расход воздуха по каналам с учетом влияния его подогрева.

Пример графа

Благодаря рассмотренной методике расчета системы воздухоснабжения, на основе полученных результатов (а именно коэффициентов теплоотдачи) производится расчет теплового состояния элементов системы трубопроводов в среде ЛшуБ, для чего предварительно строится 3Б-модель системы иссле-

дуемых трубопроводов в среде Solid Works и импортируется в Ansys, затем накладываются граничные условия, и производится расчет.

© Швецов А. В., Фалалеев С. В., 2010 9

УДК 629.7.048.01 (075)

А. М. Шишаев Научный руководитель - К. Ф. Голиковская Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Рассмотрены принципы построения оптимальных систем жизнеобеспечения космических летательных аппаратов.

Системы жизнеобеспечения (СЖО), основанные на запасах, не позволяют осуществить полет человека к другим планетам и даже для околоземных орбитальных станций требуют больших затрат для обеспечения его жизнедеятельности. Сложность решения этой проблемы усугубляется ограниченным объемом герметически замкнутого пространства обитаемых отсеков космической станции, необходимостью обеспечения интенсивности процессов регенерации воды и кислорода, в десятки тысяч раз более высокой, чем это имеет место на земле, и их реализации в условиях невесомости. Для решения этой проблемы специалисты разработали способы реализации процессов химической технологии (сепарация, фильтрация, адсорбция, хемосорбция, электролиз, катализ и др.) в условиях невесомости и принципиально новые конструкции аппаратуры и машинного оборудования.

Первой в мировой практике регенерационной системой космической станции стала система регенерации воды из конденсата атмосферной влаги (выделяемой экипажем при дыхании и потоотделении) - СРВ-К. Система успешно эксплуатировалась с 1975 года на орбитальных космических станциях «Салют» № 4, 6 и 7 и обеспечивала экипажи высококачественной холодной и горячей водой для питья, приготовления пищи и напитков, а также для очистки запасов воды с просроченным сроком хранения и получения горячей воды для санитарно-гигиенических процедур [1].

На орбитальной космической станции «Мир» был практически реализован комплекс регенераци-

онных систем жизнеобеспечения. Развитие комплекса осуществлялось поэтапно. Многолетняя эксплуатация систем на станции «Мир» (до завершения ее полета) подтвердила их высокую надежность и эффективность.

Все российские и международные экипажи высоко оценили технический уровень регенерацион-ных СЖО, качество регенерированных продуктов и улучшение условий обитания на станции благодаря их применению. Полная реализация комплекса ре-генерационных СЖО предусматривалась в модулях российского сегмента Международной космической станции (МКС) и является основой комплексов СЖО для намечаемых полетов к Марсу и организации базы на Луне.

Дальнейшее усовершенствование комплекса СЖО с целью увеличения ресурса и снижения массы заменяемого оборудования включает введение дополнительных новых блоков, обеспечивающих функционирование систем в нештатных ситуациях. Необходимой стадией проверки и отработки этих решений должны являться их испытание и эксплуатация на МКС.

Библиографическая ссылка

1. Серебряков В. Н. Основы проектирования систем жизнеобеспечения экипажа космических летательных аппаратов. М. : Машиностроение, 1983.

© Шишаев А. М., Голиковская К. Ф., 2010