CC BY
72
Koloskov Boris Borisovich, head of department, koloskov_b@mail. ru, Russia, Tula, JSC «Training systems»,
Starikov Nikolay Evgenievich, dr. sciences, professor, deputy head of the chair, sta-rikov_taii@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 531.55, 533.6, 623.41
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОДЕЛИ УПРАВЛЯЕМОГО АРТИЛЛЕРИЙСКОГО СНАРЯДА С РАКЕТНО-ПРЯМОТОЧНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ДЛЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
В.В. Ветров, В.В. Морозов, А.С. Оськин, А.С. Фёдоров
Рассмотрены особенности проектирования модели УАС с РПД для проведения цикла аэродинамических испытаний направленных на определение характеристик воз-духозаборного устройства. Подтверждена возможность использования отдельных пластиковых деталей изготовленных с помощью 3D-печати.
Ключевые слова: управляемый артиллерийский снаряд, аэродинамические испытания, фотополимер, воздухозаборное устройство.
По результатам проведения комплекса исследований по тематике создания перспективного управляемого артиллерийского снаряда (УАС) с ракетно-прямоточным двигателем (РПД), получены теоретические результаты, подтверждающие целесообразность создания такого снаряда, и принципиально обоснован его рациональный облик. При этом особо отмечено, что одним из ключевых моментов, определяющих качество РПД для УАС кормовом расположении, является эффективность работы воздухоза-борного устройства (ВЗУ) туннельного (калиберного) типа. В связи с этим на базе ФГУП «ЦАГИ» были проведены аэродинамические испытания начальных вариантов такого ВЗУ, в ходе которых уточнялись геометрические характеристики рабочих каналов и каналов для слива пограничного слоя.
После проведения анализа полученных данных сформулированы рекомендации по возможному улучшению характеристик воздухозаборно-го устройства, которое возможно главным образом в части повышения коэффициента восстановления полного давления за счет профилирования ВЗУ путем добавления области внешнего сжатия.
В результате рекомендовано перейти к шестиканальному ВЗУ и предложено дополнительно исследовать два его варианта - с каналами коробчатого и секторного типа.
Совместно с ФГУП «ЦАГИ» проведена конструктивная модернизация изготовленной ранее модели УАС [1] для аэродинамических продувок. Суть модернизации заключается в переходе к шестиканальному ВЗУ коробчатого типа с возможностью воспроизведения трех вариантов слива пограничного слоя.
Характерными особенностями модели являются увеличенные проходные сечения каналов слива пограничного слоя, а также профилирование патрубковых каналов ВЗУ, выполненных с учетом результатов предварительного математического моделирования. Общий вид модели представлен на рис. 1.
Заранее заложенная в конструкцию унификация значительно упростила последующее совершенствование модели УАС и ее приспособление к новому варианту конструкции ВЗУ. В первой (базовой) модели УАС использованы два основных направления создания унифицированных конструкций:
- метод базового агрегата, разнообразие получаемых изделий основывается на наличии у них общей, базовой части (агрегата) и дополнительных частей, создающих это разнообразие;
- агрегатирование (принцип модульности), новое изделие создается на основе комбинации уже имеющихся унифицированных агрегатов, которые обладают полной взаимозаменяемостью (совместимостью) по эксплуатационным показателям и присоединительным размерам.
Рис. 1. Общий вид модели УАС с РПД с шестью воздухозаборниками
Из базовой модели взяты без изменения: обтекатель (поз.1); кольцо 1 (поз.2); имитатор АБ (поз.3); кольцо 2 (поз.4); имитатор БЧ (поз.5); имитатор КД (поз.7); переходник (поз.8); центральное тело, представляющее собой часть камеры сгорания газогенератора, и четыре задние гребенки с приемниками полного и статического давления (поз. 9).
Конструктивное исполнение измерительной системы, размещенной на модели, претерпело некоторые изменения. Она представляет собой (рис. 2) два ряда приемников давления: первый состоит из набора трубок пито и размещен на выходе из ВЗУ, таким образом, чтобы в сечении каждого воздухозаборника находилось по три приемника полного давления. Они устанавливаются в соответствующие отверстия, выполненные в детали «переходный отсек». Гибка трубок осуществляется по месту с последующей их опайкой.
Приемники статического даЬления Приемники полного доЬления
Рис. 2. Модернизированная измерительная система модели УАС с РПД
Центральный отсек модели (см. рис. 1, поз. 6) потребовал полной переработки конструкции в части:
- уменьшения количества секторных каналов с 12 до 6 и перехода к их коробчатой форме;
- системы организации слива пограничного слоя (расширение радиальных и тангенциальных каналов);
- изменения формы входа для ВЗУ с цилиндрических на плоские поверхности.
Силовая часть данного отсека, воспринимающая перерезывающие нагрузки и изгибающий момент от аэродинамических и массовых сил, представляет собой четыре основных конструктивных элемента (рис. 3): переходный отсек, блин, труба, силовой элемент. Необходимо отметить, что при проектировании макета важным моментом является прочностной расчет элементов конструкции на действие аэродинамических сил при экспериментальных продувках.
Переходник
Блин
Имитатор БЧ ЛШЛщГ
Сило бой элемент | \ Труда \ Переходный отсек
Рис. 3. Несущая конструкция центрального отсека
Указанная конструктивная схема силовой (центральной) части модели предоставляет значительные возможности по варьированию геометрией входа в ВЗУ, так как требуемые поверхности могут формироваться несколькими элементами, изготовленными из различных материалов и как бы «нанизываться» на центральную трубу конструкции. Необходимо отметить, что поверхности стыков данных деталей после сборки обрабатываются герметиком и шлифуются для устранения возникших неровностей.
Для рассматриваемого варианта модели УАС с РПД спроектированы три корпусные детали, формирующие обводы корпуса модели перед входом в ВЗУ (рис. 4).
а б в
Рис. 4. Корпусные детали для формирования плоских входов в ВЗУ: а - тонкостенная оболочка; б - усеченная пирамида; в - шестигранник
Предварительный анализ условий функционирования данных элементов конструкции с точки зрения тепловой и силовой нагрузки показал, что для их изготовления целесообразно воспользоваться технологиями 3D-печати, что существенным образом сократило временные затраты на их производство.
Изготовление указанных деталей осуществлено с использованием принтера 0bjet30 Pro (рис. 5). Затраты времени на изготовление деталей составили порядка 48 часов в автономном режиме.
В качестве основного материала использовался VeroWhitePlus (RGD835) - жесткий непрозрачный фотополимер белого цвета обеспечивающий детальную визуализацию, позволяющий печатать точные, реалистичные прототипы, предназначенные для проверки собираемости, формы и функциональности, в том числе для движущихся частей и сборочных узлов.
Рис. 5. Принтер 0bjet30 Pro
На модернизированных вариантах модели успешно проведены дополнительные циклы экспериментальных исследований с продувками в аэродинамической трубе АДТ СВС-2 ЦАГИ, что позволило подтвердить работоспособность деталей изготовленных на 3D-принтере.
Анализ полученных результатов показал улучшение дроссельных характеристик ВЗУ, а их сравнение с результатами численного моделирования позволило подтвердить адекватность используемых в этом случае численных математических моделей.
Список литературы
1. Патент №159083 U1 от 21.07.2015. Модель ЛА с ВЗУ для аэродинамических испытаний.
2. Адександров В.Н., Быцкевич В.М., Верхоломов В.К. Интегральные прямоточные воздушно-реактивные двигатели на твердых топливах (основы теории и расчета) / под ред. проф. Л.С. Яновского. М.: ИКЦ "Академкнига", 2006. 343 с.
3. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969. 742 с.
Ветров Вячеслав Васильевич, д-р техн. наук, проф., проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Морозов Виктор Викторович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Оськин Артем Сергеевич, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Федоров Алексей Сергеевич, асп., Merck71 [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
FEATURES QF DESIGN MODEL QF UAS WITH RAP FQR AERODYNAMIC TESTING
V.V. Vetrov, V.V. Morozov, A.S. Qs'kin, A.S. Fedorov
338
The features of the design model UAS with RAP for aerodynamic testing cycle aimed at the characterization of the air-intake device. The possibility of the use of separate plastic parts produced using a 3D-printing.
Key words: controlled artillery shell, aerodynamic tests, photopolymer, the air-intake device
Vetrov Vyacheslav Vasilievich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Morozov Viktor Viktorovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Oskin Artem Sergeevich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Fedorov Alexey Sergeevich, postgraduate, Merck71_93@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
