Методика расчета кинематических характеристик ЭОШ ПУС РДТТ на ос. Методика расчета кинематических характеристик эластичноопорного шарнира поворотного сопла ракетных двигателей твердого топлива
![]()
|
Методика расчета кинематических характеристик эластично-опорного шарнира поворотного сопла ракетных двигателей твердого топлива © ![]() ![]() Аннотация: Особо актуальной задачей является изменение вектора скорости летательного аппарата в полете. Наиболее перспективным решением является создание методов теоретического проектирования поворотно управляющих сопел, тип уплотнения и выбор рулевой машинки которых характеризует эффективность движителя. С точки зрения требований, предъявляемых к современным двигателям твердого топлива, наиболее предпочтительная система управления включает в себя гидравлическую рулевую машинку и тип уплотнения эластично-опорного шарнира. В данной работе представлена методика расчета кинематики поворотно управляющего сопла ракетного двигателя твердого топлива на эластичном опорном шарнире с гидравлической рулевой машинкой. Ключевые слова: Поворотно управляющее сопло, эластично-опорный шарнир, шарнирный момент, позиционный момент, рулевая машинка, гидроцилиндр. Для управления движения летательного аппарата (ЛА) в соответствии с требуемой траекторией необходимо иметь возможность изменять в полете величину и направление вектора скорости, а также ориентацию осей ЛА в пространстве. С этой целью используются реактивные двигатели и различные органы управления, действие которых создает необходимые для управления силы и моменты. Приводы исполнительных органов управления могут быть гидравлическими, пневматическими, газовыми или электрическими. Использование поворотных сопел для управления (ПУС) вектором тяги является наиболее энергетически экономичным, т.к. управляющее усилие создается в результате осесимметричного и практически равномерного истечения продуктов сгорания и одновременного поворота докритической и закритической части сопла[1]. Достоинства управляющих сопел[2]:
Основными недостатками являются:
Эффективность поворотных управляющих сопел используемых в РДТТ во многом определяется типом уплотнения[3]. С точки зрения требований, предъявляемых к современным ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ), наиболее предпочтительным типом уплотнения является эластичный опорный шарнир (ЭОШ) (рис.1). Он обладает наименьшим весом, относительной простотой в изготовлении и нашел наибольшее применение в существующих отечественных и зарубежных РДТТ. При отклонении подвижной части сопла в элементах ЭОШ возникает момент сопротивления повороту органа управления (ОУ) – шарнирный момент ![]() ![]() Рис.1 Поворотное сопло на эластичном опорном шарнире: 1-пирографит; 2- УУКН; 3,6 – опорные кольца; 4- спиральная намотка теплостойкого материала; 5- ЭОШ; 7- неподвижная часть сопла; 8- стеклопластик; 9- сталь 30 ХГСА Шарнирный момент ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Позиционный момент является основной составляющей суммарного шарнирного момента ПУС РДТТ. С учетом геометрии, параметров работы ПУС, выражение (1) представляется в виде[1]: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Позиционный момент приближенно определяется следующим образом: ![]() ![]() ![]() Требования, предъявляемые к органам управления[4,5]:
Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют гидравлические приводы[1]. Методика расчета позволяет оценить необходимые параметры ПУС, а также исследовать кинематические характеристики ПУС РДТТ. В качестве ОУ применяется рулевая машинка(РМ), обеспечивающая поворот сопла на заданный угол ![]() ![]() Задаваясь физико-инерционными параметрами ПУС РДТТ (материал составляющих, масса), необходимыми рабочими (тяга, давление в камере), а также масштабными и геометрическими, расчет кинематических характеристик основан на методе исследования динамики одномассовой динамической модели, вводя два фундаментальных варьируемых значения – угла поворота ![]() ![]() ![]() Методы исследования кинематики и динамики одномассовой динамической модели подразумевают расчет передаточных функций, инерционных составляющих согласно общей теории механизмов и машин[6], принимая за обобщенную координату – угол поворота ![]() ![]() Рис.2. Расчетно-пояснительная схема кинематики ПУС РДТТ: А – центр поворота сопла, С – верхнее положение штока рулевой машинки, СВ, CB' – начальное и конечное положение гидроцилиндра соответственно, ![]() ![]() ![]() Расчет закона движения подвижной части ПУС РДТТ определяется интегрированием уравнения движения динамической модели в дифференциальной форме[6]: ![]() ![]() ![]() Cуммарный приведенный момент ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Промежуток изменения поворота сопел ![]() ![]() ![]() ![]() Зависимость углового ускорения от времени определяется аналитически: ![]() ![]() Рис.3. Характерный вид кривых функции (4) для ![]() Пренебрегая силами тяжести гидроцилиндра, поршня и штока, по сравнению с усилиями тяги РДТТ и давления в гидроцилиндре, задаётся процентное соотношение разницы движущего момента- ![]() ![]() ![]() Рассчитывается давление в камере РМ: ![]() ![]() ![]() Суммарная работа движущего момента на звене приведения подвижной части сопла: ![]() Согласно уравнению движения в форме энергий рассчитывается реальный закон изменения расчетной угловой скорости ![]() ![]() Расчетное угловое ускорение приведенного звена определяется уравнением движения динамической модели в дифференциальной форме: ![]() Интегрируя функцию угловой скорости, определяют зависимость времени от угла поворота, тем самым рассчитывая полностью закон движения ПУС РДДТ: ![]() Заключение:
Список литературы:
|