Создание трехмерной модели карданного подвеса камеры двигателя с помощью CALS-технологий Текст научной статьи по специальности «Физика»

Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательных аппаратов

УДК 621.56

С. С. Черныш, А. В. Осипов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

СОЗДАНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ КАРДАННОГО ПОДВЕСА КАМЕРЫ ДВИГАТЕЛЯ

С ПОМОЩЬЮ СЛЬ8-ТЕХНОЛОГИЙ

Рассмотрен карданный подвес камеры жидкостного ракетного двигателя, показаны действующие в универсальных шарнирных опорах силовые векторные напряжения и приведены примеры создания карданного подвеса с помощью СаЬ-технологий в пакете трехмерного твердотельного моделирования SolidWorks.

Карданный подвес - универсальная шарнирная опора, позволяющая закрепленному в ней объекту вращаться одновременно в нескольких плоскостях. Главным свойством карданного подвеса является то, что если в него закрепить вращающееся тело, то оно будет сохранять направление оси вращения независимо от ориентации самого подвеса. В настоящее время карданов подвес получил широкое применение в проектировании жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

На рис. 1 представлена принципиальная схема камеры ЖРД с дожиганием в карданном подвесе [1].

Рис. 1. Схема камеры ЖРД с карданным подвесом: 1 - камера; 2 - откос (2 шт.); 3 - гибкий элемент на трубопроводе жидкого компонента (2 шт.); 4 - цапфа подвеса (2 шт.); 5 -рама карданного подвеса; 6 - гибкий элемент газовода; 7 -цапфа рамы двигателя (2 шт.)

Карданный подвес в ЖРД является сложным узлом управления изменения вектора тяги, использующимся для отклонения камеры двигателя во взаимно перпендикулярных плоскостях тангажа и рысканья при одной камере и по тангажу, рысканью и крену при двух и более камерах.

Карданный подвес представляет собой раму, закрепленную двумя цапфами на камере двигателя и двумя цапфами, прикрепленными к корпусу ракеты. Принцип действия, заложенный в карданном подвесе, заключается в раме, закрепленной универсальными шарнирными опорами, которые и позволяют закреп-

ленному объекту вращаться в плоскостях тангажа и рысканья.

Стремление к сокращению времени проектирования ЖРД позволяет широко использовать Сак-технологии в проектировании, моделировании и производстве ракетных двигателей. Для выявления проблем моделирования карданного подвеса при помощи автоматизированного пакета твердотельного моделирования SolidWorks была создана трехмерная модель камеры ЖРД, закрепленной в карданном подвесе. Ее анализ показал:

- сложность представления трехмерной модели;

- невозможность учета всех факторов по причине отсутствия универсального программного пакета и математической модели;

- что нахождение оптимальных параметров занимает большое время.

Рассматривая одну из приведенных выше проблем -сложность представлений трехмерной модели, обратимся к следующей трехмерной модели камеры ЖРД с карданным подвесом. На рис. 2 представлена упрощенная трехмерная модель с силовыми направлениями векторов, которые помогают представить общую картину действующих сил в данной модели, что, в свою очередь, способствует пониманию и полному представлению протекающих процессов в узлах крепления камеры двигателя и карданного подвеса. Трехмерная модель с показанными усилиями в дальнейшем помогает производить кинематический анализ с более глубоким пониманием происходящего [2].

Рис. 2. Трехмерная модель камеры ЖРД с карданным подвесом

Решетневскце чтения

На рис. 3 изображена деформация упрощенной трехмерной модели карданного подвеса. Трехмерная модель наглядно и доступно показывает самые высоконапряженные места данного узла. Сак-технологии сокращают время проектирования проектов и их дальнейшего производства, а также улучшают контроль за качеством производимых узлов и деталей.

Рис. 3. Деформация упрощенной трехмерной модели

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что создание трехмерной модели карданного подвеса камеры двигателя является обязательным при исполь-

зовании Сак-технологий, так как трехмерные модели -это объемное представление узлов и деталей. Сак-технология улучшает понимание протекающих процессов, увеличивает качество производства, позволяет своевременно, на этапе проектирования, изменить или дополнить трехмерную модель. Но создание трехмерных моделей происходит на основе несовершенных математических моделей, что, в свою очередь, влечет невозможность учета всех факторов, действующих на модель узла или детали. Для создания более совершенных моделей необходимо создавать более совершенные математические модели расчетов и моделирования.

Библиографические ссылки

1. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей : учебник / под общ. ред. проф. Г. Г. Гахуна. М. : Машиностроение, 1989

2. Шатров А. К., Назарова Л. П., Машуков А. В. Механические устройства космических аппаратов. Конструктивные решения и динамические характеристики : метод. указания. Красноярск, 2006.

S. S. Chernysh, A. V. Osipov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

CREATING A THREE-DIMENSIONAL MODEL OF THE CAMERA GIMBAL MOTOR WITH CALS-TECHNOLOGY

Considered gimbal camera actions shown in the universal hinge support vector voltage and power are examples of the gimbal by Cals-technology in three-dimensional modeling package SolidWorks.

© Черныш С. С., Осипов А. В., 2012

УДК 532.135(06)

В. А. Шелепов, М. Г. Мелкозеров

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ЗАДАЧА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ИСТЕЧЕНИЯ ТЕПЛА ИЗ ОГРАНИЧЕННОГО ОБЪЕМА

Задача определения времени истечения тепла из ограниченного объема сейчас является достаточно актуальной. Каждый раз при проектировании морозильных камер, авторефрижераторов и складов хранения замороженной продукции считаются теплопритоки, и с их помощью определяется мощность холодильной установки. Но в случае поломки или чрезвычайной ситуации нам часто нужно знать, на какое время груз останется в объеме хранения при допустимой температуре.

По первому закону термодинамики количество тепла dQ, сообщенного системе, складывается из изменения внутренней энергии dU и работы, совершенной системой dl [1]. В случае если работа не совершается, то количество теплоты равно изменению внутренней энергии:

dQ = dU. (1)

Таким образом, получаем уравнение теплового баланса. Применительно к объему ДV количество тепла равняется изменению внутренней энергии объема:

ДU = CДVДT, (2)

где С - удельная теплоемкость объема среды.

Поскольку в рассматриваемой задаче присутствует разность температур ДT между окружающей средой и внутренним объемом (температурный напор),