ИНЖЕНЕРНЫЙ ВЕСТНИК

Представлены результаты морфологического, химического и дисперсного анализов конденсированных продуктов сгорания твердого пиротехнического состава (ТПС), полученных в результате его экспериментальных исследований и отобранных после огневых испытаний в различных участках камеры сгорания и за срезом сопла. Приведены фотографии частиц различных видов и проанализированы условия в камере сгорания, обусловливающие наблюдаемую морфологию. Результаты качественного и количественного химического анализа позволили установить, что основным химическим элементом в к-фазе является углерод (0,94 – 0,96), а кислород и азот присутствуют в незначительном количестве. Дисперсный анализ частиц к-фазы позволил установить одномодовость распределения со среднесчетными диаметрами 3,99 мкм, 11,69 мкм и средними квадратичными отклонениями 1,553 мкм и 4,72 мкм в зависимости от условий проведения эксперимента.

Рассмотрено построение заправочной системы сжиженного природного газа, исключающее возникновение режима ролловера и повышающее безопасность хранилища перспективного ракетного горючего на стартовом комплексе. Методы исключения режима ролловера при эксплуатации хранилищ СПГ в составе заправочного оборудования стартовых комплексов основаны на поддержании стабильного состава СПГ в хранилище и организации перемешивания топлива при выполнении операций пополнения заправочной системы новыми порциями топлива и при сливе его из топливных баков ракеты при отмене старта. Для поддержания стабильного состава СПГ при его хранении рассмотрено применение в хранилище заправочной системы испарителя-конденсатора, установленного в паровом пространстве резервуара, с помощью которого осуществляется конденсация метана в паровом пространстве хранилища.

При проектировании технологических процессов штамповки широкое применение нашло математическое моделирование методом конечных элементов, который позволяет проанализировать течение металла на этапе проектирования технологического процесса и снизить затраты на доводку штамповой оснастки. В данной работе показано применение метода конечных элементов при проектировании технологического процесса объемной штамповки детали типа «Корпус смесителя». Была рассмотрена возможность штамповки детали на различном оборудовании и выбран оптимальный вариант. В процессе моделирования были выявлены возникающие дефекты поковки и предложены пути усовершенствования геометрии формообразующего инструмента. Предложенные меры позволяют получить бездефектную поковку.

Одной из актуальных задач, стоящих перед отечественной космической отраслью, является создание новых типов ракет космического назначения (РКН). При этом для опирания РКН и стыковки её коммуникаций со стартовым столом планируется использовать стартово-стыковочный блок (ССБ). В связи с этим встаёт задача расчётного анализа прочности и жёсткости его металлоконструкции. В статье приведен пример расчёта ССБ, выполненный с применением МКЭ и МСЭ и показана его работа при опирании на несущие тумбы пусковой установки без переходной рамы при максимальном нагружении. В качестве максимального нагружения выбран режим аварийного выключения двигательной установки РКН при старте.

В работе предложена развернутая многоэлементная математическая модель процесса обезвоживания углеводородного горючего как части процесса предстартовой подготовки. Приводятся сведения о параметрах углеводородного горючего, поставляемого на космодром и требуемые параметры влагосодержания углеводородного горючего, пригодного к заправке в баки ракет-носителей. Из состава предложенной комплексной математической модели в статье раскрыты модель массопереноса в изолированный газовый пузырь, модель массопереноса от жидкой фазы горючего к дисперсной газовой фазе в объеме аппарата подготовки, модель массопереноса на зеркале жидкости в аппарате подготовки и модель массопереноса на зеркале жидкости с учетом раскрытия пузырей на поверхности. Сделан вывод о определяющем характере процесса обратного насыщения на зеркале жидкости для процесса подготовки по влагосодержанию в целом.

В статье приводится сравнение результатов применения современных программных комплексов для прочностного численного анализа агрегатов стартовых ракетных комплексов. В качестве объекта расчетов используется стартово-стыковочный блок (ССБ) перспективной ракеты космического назначения среднего класса повышенной грузоподъемности. Прочностные расчеты ведутся по конечноэлементным моделям ССБ с использованием программных комплексов SolidWorks 2010 и ANSYS 11. Рассматриваются два варианта; первый: сравнение расчетов на прочность модели с твердотельными и пластинчатыми КЭ на основе ПК SolidWorks 2010. Анализ показал идентичность результатов. Второй: сравнение расчетов на прочность модели с твердотельными КЭ на основе ПК SolidWorks 2010 и ANSYS 11. Анализ показал расхождение значений напряжений на 30…50%, что позволяет, считая априори более точными результаты ПК ANSYS 11, рекомендовать его применение при расчетах ССБ.

Работа посвящена определению параметров нагружения агрегатов стартовой системы для ракет космического назначения семейство «Союз». В работе проведены анализ и систематизация штатных и нештатных нагрузок, действующих на агрегаты стартовой системы в различные моменты функционирования на этапах подготовки к пуску и пуска ракеты космического назначения. Основное внимание в работе уделено определению параметров и моделированию весовых, ветровых, газодинамических, инерционных нагрузок, а также нагрузок, вызванных тягой двигательной установки ракеты космического назначения. Моделирование нагрузок осуществлялось с учетом их дальнейшего использования в расчетах агрегатов стартовой системы методом конечных элементов. Предложенное в статье моделирование нагрузок использовалось при прочностных расчетах агрегатов стартовых систем для ракет космического назначения семейства «Союз».

В статье описана конструкция и особенности работы магнитной муфты герметичного насоса с охлаждением. Приводятся результаты моделирования процессов течения газа через каналы охлаждающего устройства и распределение температуры в металлических частях и окружающем воздухе. Моделирование основано на решении трёхмерных уравнений гидродинамики и тепломассообмена численными методами. Предлагаемая конструкция позволила существенно снизить тепловой поток от горячего перекачиваемого теплоносителя к двигателю и рассеить его в окружабщий воздух. Применение такой полумуфты позволяет укоротить вал насоса и тем самым уменьшить габариты агрегата.

Волновые зубчатые передачи (ВЗП) за последние 50 лет получили очень широкое распространение в авиационной и космической приводной технике, в электромеханических приводах промышленных роботов и различных станков. Это объясняется высокими качественными показателями ВЗП: малой кинематической погрешностью, высокой крутильной жесткостью и КПД, малыми габаритами и массой. При неграмотном проектировании ВЗП, как и других зубчатых передач, могут возникнуть избыточные связи, наличие которых уменьшает КПД, увеличивает статические моменты трогания и кинематическую погрешность передач. Для получения наилучших показателей ВЗП нужно определить в конструкции наличие избыточных связей и устранить их, то есть синтезировать самоустанавливающийся механизм. Для этого в работе используется один из современных методов структурного анализа – метод графов. Этот метод позволяет найти контуры с избыточными связями и целенаправленно устранить их. В самоустанавливающихся механизмах с ВЗП КПД и долговечность значительно выше, чем в ВЗП с избыточными связями, а кинематическая погрешность и статический момент трогания ниже.

Статья посвящена разработке технических предложений и требований к перспективной конструкции емкости вагона-цистерны для перевозки сжиженных углеводородных газов (СУГ), которые могут быть использованы в качестве компонентов топлива для перспективных космических ракет-носителей. В статье приведены анализ схемных вариантов выполнения котла цистерны, результаты расчётов для обоснования технических характеристик котла вагона-цистерны; выработаны варианты схемно-конструктивного исполнения котла вагона-цистерны для перевозки СУГ, а также материалы, из которых он может быть выполнен. В результате проведенного анализа были даны рекомендации по выбору варианта исполнения котла вагона-цистерны для перевозки СУГ.

Предлагается порядок построения математической модели пневмогидравлического амортизатора. Модель строится на основе разделения функционала амортизатора на стандартизованные функциональные блоки, для каждого из которых строится частная математическая модель. Модель может использоваться для синтеза амортизатора с заданными свойствами и как составная часть комплексной модели амортизируемого объекта. В числе характерных функциональных блоков выделены пневматическая полость, гидравлическая полость, пневматическая магистраль, гидравлическая магистраль, упругая связь, связанный и свободный механический элементы, разрывный механический интерфейс, элемент кинематического воздействия и связь типа кулоново трение. Приводится порядок построения комплексной модели из имеющихся частных моделей, условия сопряжения моделей по интерфейсам. Приводится модель пневматической полости, построенная на основе уравнений дифференциальной термодинамики. Приводятся результаты моделирования простейшего амортизатора, содержащего функциональные блоки типа элемент кинематического возбуждения и пневматическая полость

В статье содержится описание разработки программы для построения боковых полуспиральных подводов двухстороннего входа. Целью создания данной программы является автоматизация построения данных подводов для проведения дальнейшей оптимизации. Проведя сравнительный анализ возможностей В-сплайнов и кривых Безье было принято решение строить подводы на основе В-сплайнов. На основании анализа конструкции бокового полуспирального подвода было выбрано число параметризующих линий, а также число управляющих точек В-сплайна. Число управляющих точек было разбито на две группы. Первая группа это точки, занимающие неподвижное положение при переходе от сечения к сечению. Вторая группа точек изменяет свое положение при переходе от одного сечения к другому. Далее в программу был включен автоматический расчет пропускной способности подвода.

В статье автор обосновывает необходимость создания механизмов, рабочие органы которых, выполнены по сложным пространственным кривым. В качестве примера приведен роторно-волновой компрессор, рабочие поверхности ротора и статора которого, образованы по торцевой пространственной эпициклоиде. Также отмечено широкое применение в маши-ностроении деталей синусоидальной формы и, одновременно, отсутствие связей между раз-личными типами синусоидальных кривых. В статье показана взаимосвязь синусоидальных и циклоидальных кривых, а также обобщенный алгоритм создания синусоидальных кривых, построенных кинематическим методом. Автор доказывает возможность получения обоб-щенных уравнений синусоидальных кривых. В статье детально анализируется процесс пре-образования обобщенного уравнения пространственной синусоидальной кривой в уравнение плоской синусоиды. Результаты работы могут быть использованы при создании насосов, компрессоров, зубчатых и кулачковых механизмов.

С целью комплексного сравнения объектов автобронетанковой техники на сегодняшний день широко используется метод анализа иерархий (МАИ). Как правило, экспертные оценки посредством МАИ получают в ходе дискуссий, достигая консенсуса по всем вопросам между всеми экспертами. В данной статье рассмотрены проблемы и методы их решения, возникающие при получении экспертных оценок путём индивидуального анкетирования. Замена дискуссии индивидуальным анкетированием требует получения таких показателей как показатель обобщённого мнения, степень согласованности мнений экспертов и компетентность экспертов. Вместе с этим в статье приводятся рекомендации по определению численности группы экспертов.

В статье решается задача определения параметров рабочей среды и возникающих в процессе работы усилий в пневмогидравлических и вакуумных системах, а также связан-ные с ними проблемы проектирования новых пневмогидравлических устройств и методы их решения. Приведен анализ преимуществ и недостатков различных подходов к описа-нию рабочих процессов в запорно-регулирующих устройствах и оценка применимости методов описания рабочих процессов в приближении сосредоточенных и распределенных термодинамических параметров состояния рабочей среды. Представлены этапы создания обобщенной математической модели рабочих процессов в пневмогидравлических устройствах.

В статье рассматривается математическая модель пространственного стержня из сплава с эффектом памяти формы. Модель материала построена на основе уравнений, описывающих диаграмму фазовых переходов. В качестве модели пространственного стержня выбрана система 12 нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих поведение упругой линии стержня в глобальной системе координат. Выбор уравнений обусловлен возможностью учета в них осевой деформации стержня. Учет эффекта памяти формы осуществляется путем введения дополнительных внутренних силовых факторов: результант эффекта памяти формы по сечению. Написана программа, позволяющая рассчитывать пространственные стержни. Представлены результаты решения задачи о совместном воздействии на стержень растягивающего усилия и изгибающего момента, а также задачи о кручении стержня круглого поперечного сечения. Получены распределения напряжений и фазовых долей материала по сечению. Представленная модель может быть использована для расчета стержневых упругих элементов, таких как винтовые цилиндрические пружины, плоские пружины.

В работе приведена методика расчета резонансных частот крутильных колебаний поршневого компрессора. Даны зависимости для определения приведенных длин и масс эквивалентного вала. Приведен алгоритм расчета частот собственных колебаний вала численным методом. Резонансные частоты предложено определять с помощью диаграммы Кэмпбелла. В качестве примера рассмотрен двухколенный вал поршневого компрессора. Эквивалентная схема вала содержит четыре диска. Приведены расчетные значения частот собственных колебаний эквивалентного вала, полученные с использованием программы, разработанной в среде Delphi 7. С помощью диаграммы Кэмпбелла выявлено, что при рабочем числе оборотов компрессора резонанс возникает при приближении частоты 1-й формы свободных колебаний к гармонической составляющей возмущающего момента выше 8 порядка.

Представлена последовательность принятия решения о концентрации обработки и сборки на одном станке с учетом кинематических, геометрических, точностных, силовых, скоростных и других факторов. Методика рассматривается на примере проектирования и реализации технологического процесса изготовления изделия «Плита кондукторная». Проведено исследование базового технологического процесса. Определены требования к геометрии сопрягаемых поверхностей деталей, подлежащих обработке и соединению на металлорежущем станке. Выявлена возможность сопряжения деталей непосредственно на станке исходя из его кинематических параметров и режима силового воздействия на объекты сборки. Анализ технологических возможностей вертикально-фрезерного станка с ЧПУ, имеющегося на участке механической обработки, выполненный в соответствие с представленной последовательностью, подтвердил целесообразность концентрации на нем обработки и сборки. Это позволило исключить погрешность установки и уменьшить припуск на обработку.

Данная статья посвящена особым положениям в механизмах параллельной структуры, возникающим при вырождении связей, накладываемых на выходное звено. При этом отмечается, что такие особые положения, как правило, не рассматриваются большинством исследователей, поскольку не могут быть выявлены при использовании наиболее распространенной методики исследования особых положений. В работе для анализа данных особых положений используется подход, основанный на методах винтового исчисления. Приводится расчет механизма с тремя степенями свободы, демонстрирующий, что влияние рассматриваемых особых положений на размер рабочего пространства механизма может значительно превосходить влияние особых положений других типов.

Упруго-компенсирующие лепестковые муфты, применяемые при повышенных смещениях валов, обладают невысокой нагрузочной способностью. Для увеличения нагрузочной способности применяют комплекты из нескольких концентричных лепестков. При работе муфты деформации разноразмерных лепестков неодинаковы, следовательно неодинаковы возникающие в лепестках напряжения. Раскрывая статическую неопределимость, определены силовые факторы, действующие на конец лепестка, получивший перемещение, и напряжения в лепестке от действия этих силовых факторов. В результате анализа величины напряжений в лепестках получено соотношение для определения таких значений модулей упругости материалов лепестков, при которых выравниваются напряжения в упругих элементах.