авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 ||

«В.Е. Гайдачук, А.В. Кондратьев НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА 2010 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ Национальный аэрокосмический ...»

-- [ Страница 5 ] --

В розділі запропоновано при виборі геометричного контуру параметрів підсилення використовувати картину розподілу приведених напружень за Мізесом, тобто вважати її якісною картиною розподілу силового потоку, що дозволяє судити про обґрунтований вибір геометричної форми можливого підсилення для НШ та відповідній їй зони місцевого підсилення СЗ. На базі прив'язки до геометричної форми отриманої «пелюстки» приведених напружень запропоновано проводити нову генерацію сітки МСЕ: зона «пелюстки» та зона зовні «пелюстки». У свою чергу зону «пелюстки» запропоновано розбити на декілька підзон. При варіюванні геометричними параметрами даних підзон в процесі оптимізації за масою вся зона підсилення у вигляді «пелюстки» прагне отримати найраціональнішу форму, наближаючись до геометрії виникаючого силового потоку. В кожній з підзон були задані відповідні змінні проектування, що характеризують місцеве підсилення НШ. Це в результаті дозволило отримати раціональні параметри накладки підсилення змінної товщини. На рис. представлено розбиття зони «пелюстки» приведених напружень на три відповідні підзони.

Вектор проектних параметрів для НШ був заданий в наступному вигляді:

{ } {d НШ } = d НШ _1, d НШ _ 2,...d НШ _ j (6) d НШ _ j – товщина де j = 1,2,3...m – число підзон, на яке розбита зона «пелюстки»;

j ій підзоні розбиття зони «пелюстки».

НШ в При посиленні СЗ зміною геометричних параметрів його чарунки вектор проектних параметрів для оптимізації за масою нерегулярної зони багатовідсікових тришарових оболонок із ПКМ зі СЗ був представлений як:

геометричні параметри підзон " пелюстки" { d НШ } (7) }1 = { X opt параметри чарунки СЗ ( K, a, ) в межах " пелюстки" c зал вектор При посиленні СЗ заливальним матеріалом з густиною проектних параметрів має вигляд:

геометричні параметри підзон " пелюстки" { d НШ } (8) }1 = { X opt зал в межах " пелюстки" Як обмеження при оптимізації запропоновано прийняти міцності параметри для пакету НШ в цілому при оптимальній схемі армування в регулярній зоні та синтезовані з комплексом МСЕ аналітичні залежності для визначення характеристик міцності СЗ. При цьому як активні обмеження додаються також синтезовані з комплексом МСЕ аналітичні умови послідовної втрати стійкості граней СЗ із заливкою, які на різних кроках оптимізації визначають вид розрахункових формул для визначення ФМХ отриманої композиції.

При розподіленій схемі навантаження нерегулярної зони тришарової оболонки із ПКМ зі СЗ «пелюстка» приведених напружень буде відсутня:

приведені напруження в цьому випадку розподіляються уздовж всієї навантаженої поверхні НШ на певну глибину. В цьому випадку запропоновано у векторах проектних параметрів { X opt }1 та { X opt }2 в якості конструктивних змінних використовувати не геометричні контури «пелюстки» приведених напружень, а відповідні параметри поглиблення.

В п'ятому розділі дисертації наведені відомості про форми та характер впровадження основних результатів досліджень (рис. 7). Викладені результати оптимально проектування ГО РН «Циклон-4», маса якого знижена на 15% відносно початкового проекту, розробленого ДП «КБ «Південне»».

ВИСНОВКИ Відповідно до поставленої мети в дисертації отримані наступні наукові та практичні результати.

1. Запропонована та реалізована концепція мінімізації маси багатовідсікових тришарових оболонок із ПКМ зі СЗ в рамках синтезу МСЕ і аналітичних моделей з багатоетапним алгоритмом реалізації, яка дозволяє наступне:

• повною мірою врахувати практично весь спектр зовнішніх дій, прикладених до об'єкту за будь-яким законом їх зміни;

• оптимізувати основні конструктивні параметри в межах кожного відсіку, що в свою чергу дозволяє виявити та реалізувати повною мірою резерви зниження маси, які не використовуються при колишній орієнтації на оптимальні параметри найбільш навантаженого відсіку, що приймаються для всього виробу в цілому;

• проводити глибокий рівень одночасної оптимізації схеми укладання НШ, геометричних параметрів СЗ та шпангоутів, що реалізує практично вичерпні можливості ПКМ та СЗ на сучасному рівні технологій їх виробництва;

• врахувати погіршення ФМХ конструктивних елементів, яке спричинене наявністю в них неминучих технологічних відхилень в межах регламентованих допусків на них та теплового навантаження на об'єкт, що дає максимально наближене уявлення про дійсну несучу спроможність конструкції.

2. Реалізація запропонованої концепції для оптимізації конструктивних параметрів в регулярній зоні реального виробу – ГО РН «Циклон-4» виявила її ефективність, що виразилася в зниженні маси оптимального виробу на 15% в робочому варіанті в порівнянні з початковим його варіантом, розробленим ДП «КБ «Південне»».

3. Запропонований підхід, що дозволяє прогнозувати характер роботи СЗ та визначити його ФМХ з урахуванням особливостей сприйняття навантаження окремими елементами чарунки стільника за наявності в них початкового технологічного погину в межах регламентованого допуску на нього.

4. Отримані відкоректовані аналітичні залежності, що пов'язують ФМХ СЗ з геометричними параметрами його чарунки та висотою СЗ, які, на відміну від існуючих залежностей, дозволяють врахувати відхилення значень ФМХ СЗ при його різних висотах, що спостерігаються в експериментах 5. Дано рекомендації щодо використання ФМХ СЗ в запропонованій концепції мінімізації маси багатовідсікових тришарових оболонок із ПКМ зі СЗ, що дозволяють наступне:

• знайти в процесі оптимізації раціональну висоту СЗ з урахуванням зміни його ФМХ;

• синтезувати модуль перевірочного блоку, в якому дається висновок про несучу спроможність оптимального за масою варіанту конструкції із СЗ з урахуванням наявності в його гранях початкового технологічного погину в межах регламентованого допуску на нього.

6. Запропонований класифікатор нерегулярних зон тришарових оболонок із ПКМ зі СЗ, який включає в себе істотно вдосконалені складові фрагментів відомих класифікацій, а також нові не враховані фрагменти, що дозволяє за характером силової дії на дану зону вибрати найбільш ефективне КТР для її місцевого підсилення.

7. Для різних форм підсилення СЗ запропоновані аналітичні вирази, що дозволяють визначити приведені ФМХ умовного заповнювача, який еквівалентний підсиленому СЗ, що враховують відповідний характер роботи СЗ.

8. Запропонований та реалізований підхід до мінімізації маси нерегулярних зон багатовідсікових тришарових оболонок із ПКМ зі СЗ, що реалізується в рамках синтезу МСЕ та аналітичних моделей СЗ, який дозволяє визначити:

• раціональну форму накладки підсилення змінної товщини, геометричні параметри якої описують виникаючий силовий потік;

• відповідну товщину НШ для різних зон накладки підсилення;

• раціональні значення параметрів підсилення для СЗ.

9. Наведені основні форми, характер та безпосередні результати упровадження, які забезпечують:

• підвищення масової ефективності відповідальних конструкцій вітчизняної авіаційної і ракетно-космічної техніки, що розробляються на підприємствах авіаційно-космічного профілю;

• високі вимоги замовників до розрахункового рівня ФМХ металевих СЗ.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ ПУБЛІКАЦІЯХ:

1. Кириченко В.В. Анализ эффективности схем армирования несущих обшивок и оптимизации свойств сотового заполнителя трёхслойных оболочечных конструкций летательных аппаратов / В.В. Кириченко, А.В. Кондратьев // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов : сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 43(4). – Х., 2005. – С. 27 – 38.

ПРИЛОЖЕНИЕ Примеры формул актуальности некоторых кандидатских диссертаций [22-24] 9.1 [22] Актуальность темы. Развитие авиационного производства как приоритетного направления, определенного правительством, является одной из первостепенных задач промышленности Украины. Украинской авиационной про мышленности приходится конкурировать на мировом рынке со многими известными производителями самолетов. Чтобы выдержать эту конкуренцию, необходимо вести новые разработки самолетов и двигателей, модернизировать существующий парк самолетов, владеть технологиями более совершенными, чем у конкурентов, а также изменить отношение к технологической подготовке авиационного производства, которая существенно влияет на сроки создания самолета.

Прогноз темпов развития экономики Украины на период до 2010 года в условиях ограниченных возможностей государственного бюджета и ресурсов, касающийся перспектив финансирования технического развития, дает основание считать необходимым совершенствование конструкции самолетов, технологии производства и улучшение организационно-технических мероприятий Перспектива развития Харьковского авиазавода требовала создания в ко роткий срок новых моделей, удовлетворяющих возросшим требованиям покупателей.

В качестве таких моделей были предложены модификации транспортного самолета Ан-74 (конвертируемые Ан-74-ТК-100, Ан-74-ТК-200 и самолет с нижним расположением двигателей Ан-74-ТК-ЗОО), новый пассажирский самолет Ан-140, а также модернизация Ту-134.

Решение этих задач в короткие сроки при ограниченном финансировании невозможно без коренных преобразований технологической подготовки производства, вопросам которой уделяется очень мало внимания. В настоящее время остро ощущается дефицит новых методов технологической подготовки авиационного производства. Наличие в самолете деталей сложных пространственных форм, сопрягаемых между собой, требует для обеспечения производственной взаимозаменяемости этих деталей применения технологий, построенных на принципе зависимого образования форм и размеров. Эти технологии позволяют, за счет наличия деталей с компенсационными размерами, получать погрешность увязки сборки, меньшую, чем погрешность изготовления деталей. Однако выбор вариантов размерных связей при этом связан с объединением в узлы звеньев, при изготовлении которых возможны большие погрешности, и только при выполнении этого условия достигается погрешность взаимной увязки размеров, меньшая, чем погрешность размеров самих деталей.

Инженерные компьютерные средства, имеющиеся на рынке в настоящее время и называющиеся то САПР, то системы CAD/CAM/CAE, успешно решают большинство частных задач технологической подготовки производства. Однако организация всей технологической подготовки самолетостроительного производства на их базе требует изучения особенностей и отличий компьютерных методов и средств от методов и средств плазово-шаблонного метода и его вариантов.

Таким образом, разработка новых методик технологической подготовки производства при зависимом образовании размеров деталей с использованием инженерных компьютерных средств является весьма актуальной.

9.2 [23] Актуальность проблемы. Совершенствование современной авиационной и ракетно-космической техники (АРКТ) неразрывно связано со снижением массы изделий при обеспечении регламентированных эксплуатационных требований. Новые возможности снижения массы создает применение в агрегатах АРКТ из композиционных материалов (КМ) трехслойной конструкции с сотовым заполнителем (СЗ), играющим ответственную роль в обеспечении высокой несущей способности и других функциональных свойств сотовых конструкций (СК), зависящих от условий их эксплуатации.

Благодаря своей функциональности, конструкции с СЗ получили широкое применение в обшивках крыльев летательного аппарата (J1A). Крыло является основным высоконагруженным элементом ЛА, создающим подъемную силу. В полете оно воспринимает крутящий, изгибающий моменты и перерезывающую силу. Панель обшивки крыла воспринимает растягивающие (сжимающие) и сдвиговые нагрузки, что является сложным нагружением при расчете на прочность таких панелей.

Однако качество СЗ, функциональные свойства и их стабильность предопределяются технологией их изготовления. В настоящее время существуют различные виды СЗ, каждый из которых характеризуется геометрией ячейки и материалом, а также различием технологических процессов и оборудования для их изготовления. В любом технологическом процессе существует ряд операций, идеальное выполнение которых невозможно.

Возникающие пофешности приводят к изменению размеров и форм ячейки, что влечет за собой изменение физико-механических свойств СЗ, а следовательно, и прочностных свойств всей панели обшивки крыла.

Таким образом, задача проектирования трехслойных панелей с СЗ в системе крыла при комбинированном нагружении сжатием и сдвигом с учетом технологических несовершенств изготовления СЗ является актуальной проблемой.

9.3 [24] Актуальність теми. Зниження маси конструкцій авіакосмічної техніки (АКТ), вартість 1 кг якої у польоті складає 1...1.5 тис. дол. США для літака і 10... тис. дол. США для космічних апаратів, є комплексною проблемою першорядної значущості, яка вирішується застосуванням нових конструкційних матеріалів – високоміцних сплавів і полімерних композиційних матеріалів (ПКМ) і високоефективних конструкторсько-технологічних рішень, серед яких широке впровадження отримали тришарові стільникові конструкції (СК).

Найширше застосування в СК АКТ отримали стільникові заповнювачі (СЗ) із металевої фольги і полімерних паперів (ПП), причому об'єм використання останніх перманентно зростає.

В той же час на деяких операціях виготовлення СЗ в них можуть виникати і нагромаджуватися різні технологічні недосконалості і дефекти, що приводять до зни ження їх фізико-механічних характеристик (ФМХ) - основних показників якості СЗ, внаслідок чого знижується і несуча здатність СК.

Якщо останніми роками дефекти СЗ з металевої фольги достатньо глибоко вивчені і розроблені методи їх зниження або повного усунення, то дефекти СЗ з ПП, що мають ряд специфічних особливостей, пов'язаних з природою їх виникнення, практично не досліджені. Відсутня класифікація цих дефектів, що викликає труднощі обґрунтованого призначення допусків на відхилення різних технологічних параметрів від нормативних.

У зв'язку з цим розробка класифікації дефектів СЗ з ПП j технологічних методів підвищення стабільності показників якості і ФМХ стільникових заповнювачів для аерокосмічних конструкцій і зниження їх маси є актуальною проблемою.

ПРИЛОЖЕНИЕ Примеры сведений о связи темы диссертации с научными программами, планами и темами [22-24] 10.1 [22] Связь работы с научными программами, планами и темами.

Тема диссертационной работы непосредственно связана со следующими руководящими документами по развитию авиационной промышленности Украины.

- Указ Президента Украины от 3.07.92 г. № 363/92 «Об утверждении Программы развития авиационной промышленности Украины»;

- Постановление Кабинета Министров Украины от 5.02.94 г. № 53 «О мерах по развитию авиационной промышленности» и Приказ Минмашпрома от 10.06. г. № 888 о включении в программу самолета Ан-140;

- Постановление Кабинета Министров Украины от 29.02.96 г. № 249, установившее, что среди приоритетов до 2000 г.... - самолет Ан-140;

- Протокольное решение Кабинета Министров Украины от 25.09.97 г. № «О ходе выполнения Программы развития авиационной промышленности Украины», определившее финансирование изготовления четырех самолетов Ан 140.

10.2 [23] Связь работы с научными программами, планами, темами. В основу диссертации положены материалы, которые обобщают исследования, выполненные автором в рамках реализации следующих госбюджетных тем:

Г403-22/00 «Научные основы проектирования летательных аппаратов из новых материалов с учетом технологических, эксплутационных и экологических факторов» №ГР 0100U003445;

Г403-32/2003 «Создание теоретических основ технологической механики сотовых конструкций для аэрокосмической техники»

№ ГР 0103U004091.

10.3 [24] Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В основу дисертації покладено матеріали, які узагальнюють дослідження, виконані автором в рамках держбюджетних тем Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського «ХАІ» Д403-32/20ОЗ «Розробка теоретичних основ технологічної механіки стільникових конструкцій для аерокосмічної техніки» № ДР 0103U004091 і Д403-32/2006 «Розробка наукових основ проектування і виробництва композитних конструкцій авіаційно-космічної техніки» № ДР 0106U Міністерства освіти і науки, а також планів і тем ВАТ «Український науково-дослідний інститут технології машинобудування» (УкрНДІТМ), направлених на виконання Державної комплексної програми розвитку авіаційної промисловості України до року, затвердженої Постановою Кабінету міністрів України № 1665-25 від 12.01.01, і Загальнодержавної (Національної) космічної програми України на 2003-2007 pp.

ПРИЛОЖЕНИЕ Примеры формул элементов научной новизны в некоторых кандидатских диссертаций [22-24] 11.1 [22] Научная новизна полученных результатов. Впервые разработаны и применены:

- новая концепция технологической подготовки производства сопрягаемых деталей сложных пространственных форм, изготавливаемых методом первичного формообразования на основе аналитических эталонов, полученных с помощью инженерных компьютерных средств, отличающаяся от существующих отсутствием модели в виде плаза в подготовительном и основном производстве;

- новая концепция технологической подготовки производства сопрягаемых деталей сложных пространственных форм, изготавливаемых методом выклейки из композиционных материалов на основе аналитических эталонов, полученных с помощью инженерных компьютерных средств, отличающаяся от существующих отсутствием модели в виде плаза в подготовительном и основном производстве;

- новая концепция технологической подготовки производства деталей с зави симым образованием негеометрических параметров на примере ленточных нагревательных элементов, отличающаяся от существующей уменьшением количества криволинейных участков с неизвестной зависимостью сопротивления и увеличением компенсационного размера;

- базирующиеся на решении обратной задачи формообразования основы технологического контроля сложных пространственных форм деталей, получаемых на станках с ЧПУ, отличающиеся от существующих рассмотрением поверхности как множества взаимосвязанных, а не локальных измерений.

11.2. [23] Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. Предложена модифицированная методика расчета устойчивости трехслойной панели с сотовым заполнителем [CЗ] и несущими слоями из композиционных материалов (КМ) при комбинированном нагружении сжатием и сдвигом в процессе проектирования крыла.

2. Разработана методика определения влияния основных групп профиля технологических несовершенств (ПТН) СЗ на несущую способность панели посредством их учета при определении модулей сдвига СЗ и области предельных допустимых отклонений параметров СЗ в трехслойной панели.

3. Предложен алгоритм определения и задания допусков на изготовление СЗ.

4. Впервые разработан метод замера геометрических параметров ячеек СЗ, основанный на использовании эффекта оптической прозрачности несущих слоев панели, позволяющий при встречном освещении световым потоком получить изображение структуры ячеек СЗ.

5. Предложена методика и алгоритм проектирования трехслойных панелей крыла ЛА с СЗ с учетом ПТН СЗ.

11.3. [24] Наукова новизна одержаних результатів дисертації.

Найістотнішими елементами наукової новизни результатів є наступні.

1. Вперше запропоновані принципи класифікації технологічних дефектів стільникових конструкцій (СК) із ПКМ, які дозволили встановити взаємнооднозначну відповідність між операціями промислового виробництва СЗ із полімерного паперу (ПП), типом і характером дефектів, які в них виникають.

2. Запропоновано нові математичні моделі розтікання краплі зв'язуючого на незарядженій і зарядженій електростатичним зарядом поверхні ПП, що дозволило визначній величину електростатичної сили, сумірної із силами поверхневого натягнення.

3. Вперше запропоновано ефективний технологічний метод усунення дефектів нанесення клейових смуг на ПП варіюванням параметрами процесу.

4. Виявлено закономірності нерівномірною тепло- і масоперенесення зв'язуючого уздовж довжини стільникового каналу обумовлені його гідродинамічним рухом, що викликається градієнтами температури, густини зв'язуючого і його коефіцієнту поверхневого натягнення. Запропоновано метод визначення товщини шару зв'язуючого уздовж каналів стільників, який дозволяє технологічними засобами знизити нерівномірність масоперенесення, забезпечивши потрібний допуск на фізико-механічні характеристики СЗ із ПП.

ПРИЛОЖЕНИЕ Примеры формул элементов практической значимости в некоторых кандидатских диссертаций [22-24] 12.1. [22] Практическое значение полученных результатов.

Разработанные методики технологической подготовки производства внедрены в серийное производство самолета Ан-140 на ХГАПП. В результате этого получено значительное сокращение трудоемкости технологической подготовки производства облицовок багажного и аварийного люков. Частичное внедрение методики технологической подготовки производства ленточных нагревательных элементов дало возможность улучшить технологичность конструкции и снизить трудоемкость их изготовления. Общий экономический эффект от внедрения разработок соискателя составляет около 200 тыс. грн.

12.2. [23] Практическое значение полученных результатов. Полученные в работе результаты позволяют в комплексе реализовать проектное обеспечение создания оптимальных по массе трехслойных панелей крыла ЛА из полимерных КМ с СЗ с учетом технологических несовершенств его изготовления, при этом:

- на ранних стадиях проектирования согласовывать технологические возможности оборудования и процессов конкретного производства трехслойных панелей с СЗ с закладываемыми в проект его характеристиками, учитывающими соответствующие (реализуемые) допуски на геометрические параметры СЗ;

- прогнозировать допустимый профиль технологических несовершенств СЗ при проектировании трехслойных панелей различного уровня ответственности, а также формировать обоснованные технические требования на поставку СЗ;

- определять области предельно допустимых отклонений геометрических параметров СЗ, варьируя точность его изготовления в зависимости от расчетных случаев нагружения трехслойной панели.

Разработанные в диссертации методики внедрены на АНТК «Антонов», в УкрНИИТМ и учебном процессе Национального аэрокосмического университета им. Н. Е. Жуковского «ХАИ».

12.3. [24] Практичне значення одержаних результатів.

1. Розроблені класифікатор технологічних дефектів СК із ПКМ і багаторівнева класифікація СЗ із ПП дозволяють нормувати допуски на всі види дефектів з ураху ванням їх впливу на експлуатаційні характеристики і вимог до них для СК АКТ.

2. Експериментально встановлені джерела виникнення статичної електризації по всій технологічній лінії виробництва СЗ із ПБ, що призводить до виникнення дефектів.

3. Запропоновані ефективні практичні рекомендації і способи нейтралізації статичної електризації і зниження нерівномірного масоперенесення на окремих ділянках технологічної лінії виробництва СЗ із ПП (застосування заземленої металевої сітки над просочувальною ванною, різних нейтралізаторів зарядів, реконструкція контейнера високотемпературної сушки сотоблоків та ін.), що дозволило забезпечити стабільність показників якості СЗ з ПП.

4. Основні результати і рекомендації роботи реалізовані в УкрНДІТМі при виробництві СЗ із ПП для виробів АКТ, що дозволило істотно знизити об'єм технологічної підготовки виробництва за рахунок скорочення експериментальних досліджень пов'язаних із забезпеченням високих ФМХ заповнювача і їх стабільності як основних показників його якості.

ПРИЛОЖЕНИЕ Пример использования компьютерных технологий как инструмента инженерного анализа [30] ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГОЛОВНОГО ОБТЕКАТЕЛЯ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ «ЦИКЛОН-4»

Изложены результаты оптимизации по массе конструктивных параметров в регулярной зоне головного обтекателя ракеты-носителя «Циклон – 4»

Головной обтекатель (ГО) предназначен для защиты космического аппарата от воздействия окружающей среды при наземной эксплуатации, старте и атмосферном участке полёта ракеты-носителя (РН). Хотя время эксплуатации ГО в полете составляет всего несколько минут, агрегат является полноценной силовой конструкцией.

В основе проведенных исследований по оптимальному проектированию ГО как в плане регламентации его геометрических параметров ГО, так и нормирования нагрузок на изделие были использованы данные ГП «КБ «Южное»» [1].

Геометрические параметры ГО Корпус ГО (рис. 1) включает в себя сферический наконечник, две конические (первую – с углом конусности 25° и вторую - 15°) и цилиндрическую секции. Каждая из секций состоит из двух трёхслойных полуоболочек.

Трёхслойные полуоболочки имеет толщину 25 мм, при этом наружные слои выполнены из углепластика толщиной 0.99 мм (лента ЛУ-П-01 + связующее типа ЭНФБ), а внутренние представляют собой сотовую структуру с размером ячейки 5 мм, выполненную из алюминиевой фольги АМг-2-Н толщиной 0.03 мм. Все секции корпуса ГО соединены между собой при помощи шпангоутов. Кроме того, на первой конической секции установлен промежуточный шпангоут. Сферический наконечник выполнен из стеклопластика типа АФ-10ПО, остальные металлические элементы – из алюминиевого сплава Д16Т.

Нормирование нагрузок На основе результатов анализа [1] в качестве расчетного случая нагружения корпуса ГО принят полет при выведении полезного груза весом 650кг на отлетную траекторию.

Нагрузки рассмотрены для следующих расчетных случаев нагружения [1]:

- нагружение элементов конструкции поверхностным давлением при числе Маха М = М кр. (54с);

- максимум аэродинамических коэффициентов (57с);

- максимум силы лобового сопротивления (63 с);

- зона максимума скоростного напора (69с,71с).

В качестве нагрузок на ГО приняты расчетные (с учетом заданного коэффициента безопасности f=1.3) статические составляющие изгибающих моментов М, перерезывающих сил Q, осевых сил T в расчетных сечениях ГО (табл.1) и избыточное давление Р неравномерно распределенное по длине ГО.

Формирование математической модели ГО в стандартном комплексе МКЭ Для расчета на прочность и устойчивость в процессе оптимизации ГО был представлен в виде системы оболочек, подкрепленных шпангоутами.

Конические и цилиндрический отсеки ГО были представлены в виде сэндвичевых (трехслойных) оболочек. Для их дискретизации на сетку МКЭ был применен библиотечный многослойный оболочечный конечный элемент с изгибными и мембранными свойствами. При этом НС были смоделированы в виде пакетов из четырех слоев ленточного наполнителя с суммарной толщиной i = 1 мм, которые соответствуют предварительно выбранной [2] квазиоптимальной схеме армирования 00,25s;

±450,5s;

900,25s. СЗ был представлен в виде условного, однородного по объему слоя многослойного конечного элемента, ФМХ которого зависят от геометрической конфигурации ячейки, толщины фольги и ее ФМХ.

Шпангоуты были смоделированы кольцевыми балочными элементами соответствующего поперечного сечения [1].

Геометрическое представление ГО, использовавшееся в дальнейшем при генерации сетки МКЭ, и глобальная система координат показаны на рис. 2.

При построении модели МКЭ ГО были использованы следующие виды КЭ:

- трехузловые однослойные оболочечные элементы – для генерации сетки на сферическом обтекателе;

- четырехузловые трехслойные оболочечные элементы – для генерации сетки на конических и цилиндрических оболочках ГО;

- пространственные балочные элементы – для генерации сетки на шпангоутах.


При построении модели МКЭ ГО был представлен 2600 элементами.

Сгенерированная модель МКЭ ГО показана на рис. 3.

Рисунок 2 – Геометрическое представление ГО Рисунок 3 – Конечноэлементная модель ГО в виде системы оболочек и глобальная система координат Нагрузка на модель МКЭ ГО прикладывалась в виде нормального к поверхности давления, распределенного по заданному закону в пределах соответствующей поверхности и приведенной к узлам в каждом сечении эквивалентной продольной и поперечной силы. Изгибающие моменты в расчетных сечениях прикладывались в виде приведенных к узлам соответствующего сечения распределенных пар сил.

Модель МКЭ ГО закреплялась по узлам нижнего шпангоута цилиндрического отсека по всем перемещениям, что соответствует условию стыковки ГО к РН. Вид нагружения и закрепления модели МКЭ ГО показан на рис.4.

Для задания стартовой точки при последующей оптимизации и для обеспечения сравнимости результатов был просчитан приведенный в [1] исходный вариант ГО с начальными параметрами сетки МКЭ и граничными условиями. Результаты этого расчета приведены на рис.5-7 (первый расчетный случай нагружения) и в табл. 2.

Рисунок 4 – Вид нагружения и закрепления Рисунок 5 – Результирующие линейные модели МКЭ ГО перемещения, м yz Рисунок 6 – Приведенные напряжения в первом Рисунок 7 – Касательные напряжения в слое НС, Па СЗ, Па Таблица 2 – Результаты расчета исходного варианта ГО Расчетные случаи нагружения Показатель 1 2 3 4 (t=54c) (t=57c) (t=63c) (t=69c) (t=71c) Максимальное результирующее линейное 0,128 0,15 0,149 0,157 0, перемещение u, м Максимальные приведенные напряжения в слоях НС трехслойных оболочек Суммарная толщина НС во всех отсеках i =1мм пр, МПа 152,7 226,1 236,5 238,1 239, Максимальные касательные напряжения в СЗ Высота СЗ во всех отсеках Н=18 мм Ширина стороны ячейки СЗ а с =5мм Коэффициент формы ячейки K= Угол раскрытии ячейки = xz max, МПа 0,134 0,171 0,172 0,173 0, 0,023 0,027 0,052 0,072 0, yz max, МПа Максимальные приведенные напряжения в шпангоутах 88,2 112,3 114,5 137,5 137, пр, МПа Запас устойчивости ГО уст 2,81 1,78 1,69 1,68 1, Начальные (заданные в ТЗ) оптимизируемые конструктивные элементы ГО имеют массу:

- НС всех отсеков ГО mнс =275,37 кг;

- СЗ всех отсеков ГО mсз =57,03 кг.

Суммарная масса трехслойных оболочек ГО составляет m =332,4 кг.

Выводы Оптимизация по массе проектных параметров ГО РН «Циклон-4» обеспечила снижение массы его трехслойных силовых оболочек на 21% или 69 кг по сравнению с базовым вариантом.

Полученные результаты следует рассматривать как предварительные, так как в ходе их поиска учитывались не все виды и расчетные случаи нагружения принятые в [1].

Проведенный нами в [2] предварительный анализ эффективности схем армирования НС позволил существенно упросить задачу оптимизации для НС за счет выбора квазиоднородной структуры армирования. Однако управляя неоднородностью по толщине НС и углом укладки, можно добиться дополнительного снижения массы.

Однако, оптимизация параметров ГО была проведена без учета снижения ФМХ конструктивных элементов при повышенных температурах эксплуатации и наличия в них технологических несовершенств, в результате чего, как показывает опыт, масса изделий возрастает по сравнению с теоретической (расчетной).

Для уточнения оптимального проекта ГО РН «Циклон-4»необходимо продолжать дальнейшие исследования как теоретического, так и экспериментального характера, которые позволят повысить степень его обоснованности и совершенства.

Библиографический список БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Білуха М.Т. Основи наукових досліджень: підручник / М.Т. Білуха. – К.: Вища школа, 1997. – 271 с.

2. Гайдачук В.Е. Научно-исследовательская работа студентов:

конспект лекций / В.Е. Гайдачук, И.М. Тараненко. – Х.: Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «ХАИ», 2002. – 150 с.

3. Большой толковый словарь русского языка / под. ред.

С.А. Кузнецова. – СПб.: Норинт, 2001. – 1536 с.

4. Сиденко В.М. Основы научных исследований: уч. пособие / В.М. Сиденко, И.М. Грушко. – Х.: Вища шк., 1978. – 200 с.

5. Грушко И.М. Основы научных исследований: уч. пособие / И.М. Грушко, В.М. Сиденко. – Х.: Вища шк., 1983. – 224 с.

6. Черток Б.Е. Ракеты и люди / Б.Е. Черток. – М.:

Машиностроение, 1994. – 416 с.

7. Комаров М.С. Основы научных исследований: уч. пособие / М.С. Комаров. – Львов: Вища шк., 1982. – 128 с.

8. Дикий Н.А. Основы научных исследований: теплотехника / Н.А. Дикий, А.А. Халистов;

под. ред. Г.М. Доброва. – К.: Вища шк., 1985. – 223 с.

9. Ашеров А.Т. Основы научных исследований. Курс лекций для магистров профессионального обучения / А.Т. Ашеров. – Х.: Укр. инж пед. акад., 2007. – 112 с.

10.Закон України «Про наукову і науково-технічну діяльність»:

прийнят Верх. Радою України 10 жовтня 2001р.

11. Альшуллер Г.С. Алгоритм изобретения / Г.С. Альшуллер. – М.: Моск. Рабочий, 1973. – 296 с.

12. Альшуллер Г.С. Теория и практика решения изобретательских задач: сб. метод. реком. / Г.С. Альшуллер, Б.Л. Зотин, А.В. Кусман. – Кишинев, 13. Иванов Г.И. Формулы творчества или как научиться изобретать / Г.И. Иванов. – М.: Просвещение, 1994. – 208 с.

14. Порядок присудження наукових ступенів і присвоєння вчених звань // Довідник офіційного опонента. Збірник нормативних та інформаційних матеріалів з питань експертизи дисертаційних досліджень / упорядник Ю.І.Цеков;

ред. Р.В. Бойка. – К.: Редакція «Бюлетеня Вищої атестаційної комісії», видавн. «Толока», 2001 – 64 с.

15. Основні вимоги до дисертацій та авторефератів дисертацій // Бюлетень Вищої атестаційної комісії України, 2000. - №2. – 97 с.


16. Исследования по истории и теории развития авиационной и ракетно-космической науки и техники: сб. статей. – М.: Наука, 1981.

164 с.

17. Руководство к решению практических задач по курсу «Основы методики и организации научной работы»: уч. пособие / В.Е. Гайдачук, С.Н. Кан, В.В. Кириченко, Ю.П. Петров, Б.И. Скопинцев. Х.: Харьк. авиац. ин-т, 1983. – 106 с.

18. Балабуев П.В. Информационные технологии в самолетостроении: учеб. пособие // П.В. Балабуев, В.Н. Король. Х.:

Нац. аэрокосм. ун-т им. Н.Е. Жуковского «Харьк. авиац. ин-т», 2003. – 49 с.

19. Гайдачук В.Е. Экспериментально-теоретический метод оптимизации параметров процесса лазерной резки образцов материалов из алюминиевых сплавов по критерию максимальной долговечности / В.Е. Гайдачук, А.И. Костенко // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб.

науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 48.

– Х., 2010. – С.

20. Сливинский М.В. Технологические методы повышения стабильности показателей качества и физико-механических свойств сотовых полимерных заполнителей для аэрокосмических конструкций: дис. … канд. техн. наук: 05.07.02 / Сливинский Михаил Владимирович. – Х., 2008. – 178 с.

21. Гайдачук В.Е. Методика предэскизного проектирования панельных конструкций летательных аппаратов с трубчатым заполнителем / В.Е. Гайдачук, А.В. Кондратьев, Е.В. Омельченко // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 3(59). – Х., 2009. С. 73 – 22. Мялица А.К. Технологическая подготовка производства при зависимом образовании размеров деталей с использованием инженерных компьютерных средств: автореф. дис. … канд. техн.

наук. – Х., 2001. – 20 с.

23. Колоскова А.Н Проектирование панелей крыльев с сотовым заполнителе при комбинированном нагруженнии с учетом несовершенств его изготовления: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Х., 2004. – 18 с.

24. Cливинський М.В. Технологічні методи підвищення стабільності показників якості і фізико-механічних властивостей стільникових полімерних заповнювачів для аерокосмічних конструкцій: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Х., 2008. – 20 с.

25. Ярославцев А.Ф. Компьютерные технологии в науке и производстве. Учебно-образовательный комплекс (Программа TEMPUS) [Электронный ресурс] / А.Ф. Ярославцев. – ГОУ ВПО СибГУТИ, 2008. – 927 с. Режим доступа :

http://do.sibsutis.ru/magistr/courses_work/ktnp_work1/lec.zip 26. Лоханский Я.К. Компьютерные технологии инженерного анализа в промышленности и проблемы подготовки кадров [Электронный ресурс] / Я.К. Лоханский. //Подготовка и переподготовка специалистов. – 2005. С. 71 – 83. Режим доступа :

27. Курицына В.В. Системы автоматизированного проектирования: учеб. пособие / В.В. Курицына. – М.: МАТИ, кафедра ТПДЛА, 2006. – 68 с. Режим доступа :

http://www.studfiles.ru/dir/download/ 17421_sapr_lk.pdf.zip.

28. Кондратьєв А.В. Оптимальне проектування композитних корпусів літальних апаратів зі стільниковим заповнювачем на основі синтезу методу скінченних елементів і аналітичних моделей:

автореф. дис. … канд. техн. наук. – Х., 2008. – 19с.

29. Хронология открытий человечества [Электронный ресурс].

Сайт Свободной энциклопедии Википедия. – Режим доступа :

http://ru.wikipedia.org/wiki. – Загл. с экрана.

30. Гайдачук В.Е. Оптимизация проектных параметров головного обтекателя ракеты-носителя «Циклон-4» / В.Е. Гайдачук, А.В. Кондратьев, А.П. Кушнарев // Эффективность сотовых конструкций в изделиях авиационно-космической техники : сб.

материалов III междунар. науч.-практ. конф. / Укр. НИИ технологий машиностроения. – Днепропетровск, 2009. – С. 88 – 95.

31. Двейрин А.З. Сотовые конструкции в самолетах АНТК им.

антонова: опыт применения и перспективы / А.З. Двейрин, Г.В. Неминский, В.С. Петропольский// Эффективность сотовых конструкций в изделиях авиационно-космической техники : сб.

материалов III междунар. науч.-практ. конф. / Укр. НИИ технологий машиностроения. – Днепропетровск, 2009. – С. 98 – 105.

32. Гайдачук В.Е. О.К. Антонов у истоков студенческого конструкторского бюро ХАИ и научной школы по проблемам создания авиаконструкций из композиционных материалов / В.Е. Гайдачук // Авиационно-космическая техника и технология: сб. науч. тр. Нац.

аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – №. 1. – Х., 2006. – С. 16 – СОДЕРЖАНИЕ Лекция 1 ВВЕДЕНИЕ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСА. НАУКА И НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.............................................................................................. Лекция 2 ВЛИЯНИЕ НАУКИ НА РАЗВИТИЕ ОБЩЕСТВА. ОСНОВЫ НАУКОВЕДЕНИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ НАУК............................................... 2.1. Влияние научных исследований на развитие общества, отраслей промышленности и народного хозяйства...................................................... 2.2. Научное исследование – творческий процесс....................................... 2.3. Актуальные научно–технические проблемы Украины в период интеграции в мировое сообщество................................................................ 2.4. Науковедение и его развитие.................................................................. Лекция 3 СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ НАУЧНЫХ И НАУЧНО ПЕДАГОГИЧЕСКИХ КАДРОВ В УКРАИНЕ.

МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА АКАДЕМИЧЕСКИХ И НАУЧНЫХ СТЕПЕНЕЙ.............................................. 3.1. Организация науки в Украине.................................................................. 3.2. Подготовка научных кадров высшей квалификации............................. 3.2. Академические и профессиональные квалификации, присуждаемые выпускникам программ высшего технического образования....................... 3.2.1 Структура высшего образования Украины..................................... 3.2.2. О терминах........................................................................................ 3.2.3 Международная система академических и научных степеней..... Лекция 4 ВИДЫ И ФОРМЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ........................ 4.1. Виды и формы НИРС................................................................................ 4.2. Характеристика расчетно-теоретических НИР и особенности их выполнения...................................................................................................... 4.3. Общая характеристика и методика выполнения экспериментальных НИР................................................................................................................... 4.4. Характеристика и методика выполнения методических научных исследований................................................................................................... 4.5. Историко-библиографические научно-исследовательские работы.

Объекты исследования и методика историко-биографических НИР......... 4.6. Характер и методика описательных НИР............................................... 4.7. Смешанные (комплексные) научные работы......................................... Лекция 5 ВЫБОР ТЕМЫ, ФОРМУЛИРОВАНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ КВАЛИФИКАЦИОННОГО НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ.......................... 5.1 Научные направления, проблемы, темы................................................. 5.2. Актуальность темы исследования........................................................... 5.2. Понятие и формы научной новизны........................................................ 5.3. Формы новизны научного результата.................................................... 5.4. Другие критерии эффективности темы НИР и ее комплексная оценка Лекция 6 РАБОТА С ИСТОЧНИКАМИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ. ПОДГОТОВКА НАУЧНЫХ РАБОТ.................................... 6.1. Научно-техническая информация............................................................ 6.2. Проработка и анализ информации.......................................................... 6.3. Научно-исследовательские публикации................................................. 6.4. Составление отчета о научно-исследовательской работе, его рецензирование и обсуждение....................................................................... Лекция 7 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ.............................................................................................................. 7.1. Современные тенденции развития и применения информационных компьютерных технологий............................................................................. 7.2. Стратегия CALS....................................................................................... 7.3. Информационные компьютерные технологии как инструмент инженерного анализа..................................................................................... ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Исторические справки о возникновении и развитии науки (хронологии научного прогресса................................................................... ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Пример расчетно-теоретической НИР.......................... ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Пример экспериментальной НИР.................................. ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Пример методической НИР........................................... ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Пример историко-биографической НИР....................... ПРИЛОЖЕНИЕ 6 Пример описательной НИР............................................ ПРИЛОЖЕНИЕ 7 Пример перечня основных приемов устранения технических противоречий при разработке изобретения.......................... ПРИЛОЖЕНИЕ 8 Пример автореферата смешанной (квалификационной) НИР................................................................................................................ ПРИЛОЖЕНИЕ 9 Примеры формул актуальности некоторых кандидатских диссертаций.................................................................................................. ПРИЛОЖЕНИЕ 10 Примеры сведений о связи темы диссертации с научными программами, планами и темами.............................................. ПРИЛОЖЕНИЕ 11 Примеры формул элементов научной новизны в некоторых кандидатских диссертаций........................................................ ПРИЛОЖЕНИЕ 12 Примеры формул элементов научной новизны в некоторых кандидатских диссертаций........................................................ ПРИЛОЖЕНИЕ 13 Пример использования компьютерных технологий как инструмента инженерного анализа............................................................. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК............................................................. Гайдачук Виталий Евгеньевич Кондратьев Андрей Валерьевич НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА Редактор Т.В. Савченко Св.план, Подписано в печать 01.03. Формат 60 84 1/16. Бум. офс. № 2. Офс. печ.

Усл. печ. л. 8,3. Уч.-изд. л. 9.38. Т. 150 экз. Заказ 107. Цена свободная _ Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт»

61070, Харьков-70, ул. Чкалова, http://www.khai.edu.

Издательский центр “ХАИ” 61070, Харьков-70, ул. Чкалова, izdat@khai.edu

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.