CC BY
49
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
ских источников тока (ХИТ) - наиболее нелинейных элементов СЭП. Разработана и изготовлена экспериментальная установка для исследования текущей мощности тепловыделения в ХИТ.
Выходные характеристики ХИТ определяются совокупностью многих факторов. Существенными эксплуатационными параметрами, предопределяющими работу СЭС КА, являются напряжение и тепловыделение аккумуляторных батарей.
Целью проводимых экспериментов по моделированию характеристик ХИТ является получение зависимостей мощности тепловыделения на заряде ЖзТ и разряда Ытр, зарядного из и разрядного и р
напряжения в зависимости от наиболее значимых факторов: температуры ХИТ Та, токов заряда 1з
или разряда 1р и текущей зарядной Qз или разрядной емкости Qр , т. е.
N = / (Та; 1з ^з), [и з = / (Т; 13; Qз),
| К = / (Т; 1р; Qp),
к = / (Та; 1р; Qp)
(2)
в виде формализованных многопараметрических уровней регрессии третьего порядка, имеющих общий вид:
7 = Ь0 + \ • Та + Ъ2 • I + Ь3 • Q + Ь4 • Та • I +
+ Ъ5 • Та • Q + Ъ6 • Та • Q + Ъ7 • Т1 + Ъ8 • 12 + Ъ9 • Q2 + + Ъ10 • Тъа + Ъи • 13 + Ъ12 • Q3 + Ъ,з • Та • I • Q, (3)
где Ъ1 - коэффициенты регрессии.
Авторами на основании экспериментально полученных зависимостей (2) разработана также энергобалансная модель ХИТ, позволяющая определять его тепловой режим работы в условиях конвективного и радиационного теплообмена.
Библиографическая ссылка
1. Соловьев Г. И., Чалый В. Д., Яценко Ю. И. Ортогональные матрицы планирования эксперимента для получения математической модели 3-го порядка // Методы математического и физического моделирования и оптимизации параметров радиоэлектронной аппаратуры : материалы семинара. М. 1972. Вып. 2.
© Морозов Е. А., Морозов А. Н., 2010
и
УДК 533.682
Е. В. Нескоромный, А. С. Салтыков, М. В. Пашталян Научный руководитель - С. В. Пахомов Военный авиационный инженерный университет, Воронеж
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ДЛЯ РАСЧЕТА ВИХРЕВОГО ТЕЧЕНИЯ ПЕРЕД МОДЕЛЬЮ ВОЗДУХОЗАБОРНИКА
Предложен алгоритм, для расчета вихревого течения перед моделью воздухозаборника и представлена картина течения, полученная с помощью применения средств вычислительной гидродинамики.
Появление турбореактивных двигателей с осевым компрессором (ОК) на воздушных судах (ВС) породило проблему возникновения интенсивного вихревого течения под воздухозаборником (ВЗ), и как следствие, необходимость защиты элементов проточной части авиационного двигателя (АД) от попадания посторонних предметов (ПП). Наиболее распространенной причиной попадания ПП в двигатель является «вихревой заброс». Выяснение и понимание физики рабочего процесса вихреобразова-ния потока перед ВЗ силовых установок позволит более успешно решать задачи защиты АД от попадания ПП.
При движении ВС на земле с малой скоростью, он подвержен множеству установившихся потоков, которые могут сгенерировать сильный вихрь между землей и ВЗ. Вихрь вызывает серьезное искажение потока, которое является причиной увеличения амплитуды колебания вентилятора, а также способствует возникновением таких негативных явлений, как «зуда» и «помпажа». ПП, в виде частиц бетонной крошки, битума при попадании в вентилятор и ОК двигателя, приводит к разрушению лопаток, снижению работоспособности турбины и снижению об-
щих характеристик двигателя, а также привести к его досрочному съему с эксплуатации. Понимание явления вихревого течения очень важно с эксплуатационных и экономических точек зрения [1].
Проведение экспериментальных работ в области моделирования вихревых течений связано со сложностью протекания процесса, (неустойчивостью процесса течения, случайным возникновением вихря различной интенсивности), а также с большими временными затратами.
Поэтому, одним из путей решения проблемы является применение расчетных методов вычислительной гидродинамики. Одним из распространенных и апробированных методов, который возможно применить для решения задачи по получению качественной и количественной картины течения под нижней кромкой ВЗ является метод конечных объемов (МКО).
Для расчета был применен программный комплекс А№У8, который позволяет получить картину распределения течения на поверхности раздела сред перед моделью ВЗ. Для описания течений используется уравнения сохранения массы, импульса и энергии. Исследуемая расчетная область делится на ма-
Секция «Моделирование физико-механических и тепловьх процессов в машинах и аппаратах»
ленькие подобласти, называемые контрольными объемами, внутри которых свойства газа не меняются. В таком дискретизированном пространстве в каждом объеме или узле решаются уравнения Навье-Стокса, осредненные по числу Рейнольдса. В результате, при приближенном вычислении значения каждой переменной в контрольных точках, может быть получено решение для всей исследуемой области.
Для решения задачи, связанной с моделированием процесса вихреобразования перед моделью был разработан и применен алгоритм, который показан на рисунке.
б
Результаты исследований: а - эксперимент; б - расчет
Порядок решения задачи по получению картины течения на примере модели ВЗ с квадратным сечением в изолированных условиях следующий:
1. Создание трехмерной модели расчетной области средствами CAD проектирования (AUTOCAD,
УДК 532.5
SOLIDWORKS, КОМПАС 3D и др.) и сохранение геометрии в форматах *.IGES, *.X_T.
2. Импорт геометрии в расчетный комплекс ANSYS, и ее подготовка для дальнейшего разбиения на конечные объемы (КО).
3. Создание сетки КО на основе геометрической модели.
4. Приложение к КО модели граничных условий (условия закрепления и действующие нагрузки).
5. Численное решение системы уравнений (автоматически).
6. Получение и обработка результатов, их анализ.
Для верификации результатов расчета, была произведена визуализация результатов эксперимента для получения качественной картины течения (с соблюдением положений по теории подобия) на установке [2], которая позволяет моделировать процессы вихреобразования и получать качественную и количественную картину течения (см. рисунок). Необходимые данные (геометрические и физические параметры) для моделирования были взяты из эксперимента для получения равнозначной картины протекания процесса.
На основании проведенных исследований по получению картины течения под ВУ квадратного сечения был выполнен анализ и выявлены особенности протекания процесса вихревого движения.
Таким образом, использование расчетных программ на основе методов вычислительной гидродинамики позволяет, проводить исследование вихреобразования и разрабатывать способы подавления и уменьшение интенсивности вихревого движения под ВЗ.
Библиографические ссылки
1. Rehdy L., MacManus D.G. Jet engine ground vortex studies. Crandfield University, 2007.
2. Алексеев А. А., Пашталян М. В., Салтыков А. С. Установка для проведения экспериментальных исследований, моделирующая вихревые течения перед входным устройством боевого самолета // Всероссийская научно-практическая конференция «Инновации в авиационных комплексах и системах военного назначения», Воронеж, 2009. С. 14-18.
© Нескоромный Е. В., Салтыков А. С., Пашталян М. В., Пахомов С. В., 2010
А. А. Ходенков Научный руководитель - М. Г. Мелкозеров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ОСОБЕННОСТИ АНАЛИЗА ТЕЧЕНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СИСТЕМ В ПНЕВМОГИДРОСИСТЕМАХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Рассматриваются особенности течения двухфазных парожидкостных потоков и проблемы их гидрогазодинамического расчета. Приводятся основные расчетные модели, используемые на практике. Оцениваются диапазоны их применения.
