CC BY
41
Секция «Энергодвигательные установки и системы терморегулирования»
УДК 629.7
А. Е. Чернятьев, М. И. Толстопятов, Е. В. Черненко Научный руководитель - А. А. Кишкин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени Академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА ПРИ ТЕЧЕНИИ В КРИВОЛИНЕЙНОМ КАНАЛЕ
Разработан алгоритм расчета параметров течения: поля скоростей в невязком ядре потока жидкости при течении по криволинейному каналу с известными значениями, как полной скорости, так и ее проекций на оси координат, в каждой точке ядра потока. Разработанный алгоритм имеет широкую область применения, в частности моделирование течений характерных полостям энергетических установок ЛА и реализован в программное обеспечение.
Повышенные требования по удельным энергетическим и эксплуатационным характеристикам всегда предъявлялись к любым устройствам авиационных и ракетно-космических систем. На сегодняшний день авиационная и ракетно-космическая техника достигла высокого уровня совершенства. И тенденции развития таковы, что требуется уменьшение издержек при отработке и вводе в эксплуатацию изделий, а также более совершенные и легкие конструкции узлов и агрегатов. Эти требование влекут за собой необходимость углубленного понимания и более достоверного моделирования протекающих процессов, создания новых алгоритмов и методик [1].
Поэтому основным объектом исследования являются каналы элементов проточной части энергетических установок ЛА различных геометрических форм, такие как конструктивные элементы турбона-сосных агрегатов, компрессоров и газовых турбин. Целью разрабатываемого алгоритма является получение поля скоростей в невязком ядре потока жидкости при течении по криволинейному каналу с известными значениями, как полной скорости, так и ее проекций на оси координат, в каждой точке ядра.
Поскольку рассматриваемая задача описывается уравнениями в частных производных, наиболее приемлемым методом решения представляется метод конечных элементов (МКЭ), разработанный на основе матричных методов расчета.
Рис. 1. Разбиение расчетной области на элементы
МКЭ в применении для гидродинамических расчетов основан на том, что уравнения движения записываются в интегральной форме. Затем область течения разбивается на конечные элементы (рис. 1) и полагается, что значение неизвестной функции внутри элемента определяется через ее значения в узловых точках элемента по формуле
Ф=^[3],
г
где ф, - значения неизвестной функции в узлах
элемента; N - известные функции, называемые функциями формы элемента.
Функции формы - это обычно полиномы. В результате такой аппроксимации получается система линейных (или нелинейных) алгебраических уравнений относительно узловых неизвестных [3].
В результате расчета по МКЭ получаем поле векторов скоростей в каждом узле сетки разбиения в соответствии с рис. 2, эпюры скорости в сечениях канала, представленные на рис. 3, иллюстрирующие перестроение эпюры скорости по длине канала, и заданное количество линий тока, представленные на рис. 4, в каждой точке которых известно как полное значение скорости, так и значение ее составляющих по координатам.
Рис. 2. Поле векторов скоростей в узлах сетки разбиения
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
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
