Програмное обеспечение по реализации математической модели процесса выворачивания металлических диафрагм-разделителей топливных баков

Фешетневскцие чтения

3) впуском красителей (трассеров) в межлопаточные каналы РК, для чего была создана оригинальная конструкция модельной гидромашины, защищенная авторским свидетельством [1];

4) введением в поток примесей, осаждаемых на поверхности межлопаточного канала РК.

Все это обеспечивало проведение исследований в широком диапазоне изменения конструктивных и режимных параметров ГМ (Cгm|Uг = 0,025...0,14 ) с размерами проточной части РК, соответствующими натуральным насосам. При этом только значение Р2л изменялось от 20° до 110°.

Качественная картина модели течения была получена в опытах и при наклеивании в различных зонах канала флюгерков из шелковых нитей и их съемкой вращающегося РК ГМ при освещении от искрового разряда. Следует отметить, что сами флюгерки, несмотря на их относительно малые размеры (длина от 3 до 5 мм и диаметр 0,1 мм), обеспечивали качественные съемки при ширине канала Ь > 3 мм, а при Ь < 3 мм оказывали влияние на поток и в ряде опытов вносили искажение в исследуемую картину течения. Флю-герки же меньших размеров не фиксировались

фотопленкой при разряде малой продолжительности (т = 3 -10-6 с), обусловленном съемкой при высокой скорости вращения РК.

Точки траекторий потока были получены методом визуализации впуска красителей в поток через ряд дренажных отверстий диска РК.

С помощью впуска красителя в поток и установки флюгерков удалось зафиксировать траектории и установить характер движения ядра потока жидкости в межлопаточных каналах РК.

При течении жидкости в каналах РК под действием кориолисовых и центробежных сил по шагу межлопаточного канала РК устанавливали градиент давления, что приводило к сдвигу потока в радиальной плоскости вдоль ограничивающих канал дисков на угол е. Важность учета сдвигового течения при расчете потока в канале РК обоснована еще и тем, что поверхности ограничивающих дисков велики по сравнению с поверхностями лопаток.

Библиографический список

1. А. с. 1257288. Модельная гидромашина / А. В. Бобков, М. В. Краев, В. И. Горностаев, А. Н. Соболев. Опубл. 15.09.86, Бюл. № 34-2.

E. M. Kraeva, G. F. Kraeva Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

VISUALIZATION OF THE STREAM AT FLOW IN THE FIELD OF CENTRIFUGAL FORCES

In article the basic ways and a procedure of visualization of three-dimensional flow in channels of the driving wheel of the centrifugal hydromachine are stated. Results of researches have allowed to establish character and structure of a stream flow of a liquid at various working parameters of the hydromachine, including at capitation condition.

© KpaeBa E. M., KpaeBa r. 2009

УДК 621.45.04.4

М. В. Кубриков, В. Ю. Журавлев

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

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПО РЕАЛИЗАЦИИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ВЫВОРАЧИВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДИАФРАГМ-РАЗДЕЛИТЕЛЕЙ ТОПЛИВНЫХ БАКОВ

Представлено программное обеспечение для проектирования выворачивающихся металлических диафрагм-разделителей топливных баков жидкостных ракетных двигателей космических аппаратов.

Важнейшим условием нормальной работы двигателей космического летательного аппарата является непрерывность подачи компонентов топлива. Непрерывность подачи компонентов может быть нарушена при наличии газовых пузырей

в топливоподающих магистралях, например, при запуске в условиях невесомости или вследствие временного оголения заборного устройства при маневре летательного аппарата. Для разграничения газовой и жидкой фаз в топливных баках ус-

Двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования космическиХ.аппаратов

пешно применяют механические разделители. Большинство разделителей хорошо компенсируют температурные расширения топлива.

Однако только некоторые из них имеют высокие показатели по заполнению топливом объема бака и невысокую долю остатка невытесняемого компонента. Значительного улучшения использования свободного объема бака можно добиться применением в качестве разделителей металлических выворачивающихся диафрагм-разделителей.

К основным параметрам процесса выворачивания металлических выворачивающихся диафрагм-разделителей топливных баков следует отнести давление выворачивания, мгновенную форму разделителя и вытесненный к этому времени объем. Эти параметры определяются характером пластического деформирования участка диафрагмы-разделителя при выворачивании за счет перекатывания по торовой поверхности малого радиуса. Давление выворачивания и радиус зоны перекатывания зависят от мгновенной формы невывернутой части разделителя, т. е. от положения и параметров зоны перекатывания.

Проектирование диафрагмы-разделителя ведется под заданный объем и форму топливного бака. Алгоритм расчета процесса выворачивания основан на применении энергетического принципа и начинается с задания начальной формы разделителя как поверхности, в общем случае состоящей из сферических, торообразных, конических и цилиндрических участков. Алгоритм математической модели процесса выворачивания следующий:

1) задаются координаты крепления диафрагмы разделителя к топливному баку;

2) выбирается форма образующей поверхности разделителя по участкам;

3) каждый участок разбивается на некоторое количество расчетных точек в соответствии с выбранным шагом изменения длины меридиана срединной поверхности;

4) на участке определяются основные геометрические параметры серединой поверхности разделителя;

5) находится радиус зоны перекатывания;

6) рассчитывается величина давления выворачивания;

7) определяются относительные деформации параллели и меридиана как функции от деформации параллели;

8) для основной расчетной точки операции повторяются с п. 3;

9) определяется среднее значение относительной деформации меридиана на участке между расчетной и предыдущей точкой;

10) определяется величина деформации параллели;

11) определяется изменение длины участка меридиана от предыдущей точки и по нему величина смещения невывернутой части разделителя, а также смещение от начального положения;

12) определяются координаты основных точек зоны перекатывания;

13) определяется приращение и величина вытесненного объема;

14) делается вывод по полученным данным.

Разработан программный продукт, реализующий представление математической модели процесса выворачивания диафрагмы-разделителя в виде графиков, таблиц и визуализации мгновенного положения разделителя. Программа разделена на несколько модулей:

- модуль ввода данных;

- модуль справки и теоретических сведений;

- модуль вывода таблиц;

- модуль вывода графиков;

- модуль визуализации мгновенного положения разделителя.

Наличие в программе модулей позволяет адаптировать входные и выходные данные для других программ. Сохранение полученных данных осуществляется в стандартных форматах файлов (.xls, .jpg, .txt, .html ...).

Реализация математической модели в программном обеспечении позволяет осуществить большинство расчетов, связанных с процессом выворачивания разделителя, и получить другую важную информацию. В программе осуществлено сравнение теоретических данных с полученными экспериментально, что позволяет выявить особенности и проблемы процесса выворачивания диафрагмы-разделителя.

M. V. Kubrikov, V. Yu. Zhuravlev Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

THE SOFTWARE ON REALISATION OF MATHEMATICAL MODEL OF REVERSING PROCESS OF FUEL TANKS SEPARATORS

The software to design turn inside-out metallic separators for fuel tanks of spacecraft rocket engine is presented.

© Кубриков М. В., Журавлев В. Ю., 2009