Введение к работе
Актуальность работы. По мере развития авиационной и ракетной техники повышаются требования к надежности как отдельных систем так и всей конструкции в целом. На различных этапах жизненного цикла изделия, от начала проектирования до списания и утилизации, исследователь располагает различной информацией о поведении конструкции и действующих на нее нагрузках. На ранних стадиях проектирования ракетной техники, когда идет выбор геометрического облика и компоновки бортового оборудования будущего ЛА, происходит анализ различных возможных вариантов и выбор оптимального. Один из множества параметров оптимизации - параметр надежности. Однако экспериментальные данные о надежности ЛА для различных вариантов геометрического облика и размещения бортового оборудования на этом этапе недоступны.
Поэтому важно уметь проводить вычислительную оценку надежности. Построение соответствующих методов вычислительной оценки надежности позволило бы получать данные о надежности изделия на ранних этапах проектирования без проведения дорогостоящих экспериментов.
Также представляет значительный интерес построение математических моделей вибрационного состояния ЛА на основании нескольких наиболее распространенных моделей, и проведение сравнительного анализа результатов расчетов по этим моделям.
Поэтому диссертационная работа посвящена решению актуальной научно-технической проблемы.
Цель работы. Целью работы является: 1. Построение математических моделей вибрационного состояния авиационной ракеты под действием пульсаций давления в камере сгорания РДТТна основе трех наиболее распространенных подходов: модель вязкоупругого тела; модель теории сред сложной структуры; модель теории вибротемпературной аналогии (теории вибропроводности). Проведение сравнения результатов расчетов полученных по этим трем моделям с существующими решениями и между собой. 2. Разработка методов исследования надежности механических систем под іействием случайных нагрузок на ранних стадиях проектирования. Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Разработана инженерная методика вычислительной оценки вибрационной надежности ЛА на ранних этапах проектирования.
2. Получены передаточные функции для объекта с кусочно-постоянными п длине свойствами нагруженного коррелированными силами на основали трех наиболее распространенных моделей: модель вязкоупругого тела; мс дель теории сред сложной структуры; модель теории внбротемпературно аналогии (теории вибропроводности).
3 Проведен анализ полученных результатов и сравнение результатов решени потрем моделям с существующими решениями и между собой.
-
Получена количественная оценка коэффициента демпфирования для среді сложной структуры по отношению к коэффициенту демпфирования дл вязкоуиругой среды.
-
Построено решение задачи о вычислительной оценке вибрационной падем пости ЛА на ранних этапах проектирования.
-
На основании разработанного в диссертации подхода к решению задачи вычислительной оценке вибрационной надежности ЛА на ранних этана проектирования разработаны соответствующие алгоритмы, составлена пр( грамма в системе математических вычислений MatliCAD 7.0 Pro, что позве ляет при необходимости реализовать разработанную методику на любо языке программирования.
-
Проведены расчеты вероятностных характеристик динамического поведі ния ЛА под действием случайных нагрузок, обусловленных пульсациям давления в камере сгорания РДТТ и вычислительная оценка внбрационно надежности ЛА по допустимым уровням вибраций для бортового оборудс вания.
Практическую ценность представляют разработанные методики и алюри мы, позволяющие решать задачи о вибрационном состоянии ЛА под действием ел; чайных нагрузок коррелированных между собой на основании трех подходов, п< зволяющие решать задачи связанные с вычислительной оценкой вибрационной и; дежности ЛА. Эффективность предложенных методик и алгоритмов подтверждав' ся проведением практических расчетов и сравнением с экспериментальными даі ными о вибрации ЛА. Применение разработанных методик и алгоритмов значі телыю сокращает расходы на этапе проектирования ЛА.
Реализация работы. Предлагаемые методики и алгоритмы разработаны рамках хоздоговорных и госбюджетных исследований, проводимых на кафедре 9С "Машиностроение и детали машин" Московского Государственного авиационного института (МАИ) и использованы в учебном процессе при подготовке инженеров исследователей в рамках школы механиков МАИ.
Достоверность полученных результатов обеспечивается строгостью применяемого классического математического аппарата и соответствием результатов расчетов данным экспериментов.
Основные положения выносимые па защиту:
-
Методика расчета вероятностных характеристик параметров вибрационного состояния сложных механических систем типа ЛА на основании трех моделей: вязкоупругого стержня; стержня среды сложной структуры и стержня из вибропроводного материала.
-
Методика получения вычислительной оценки надежности сложных меха-. нических систем типа ЛА на ранних стадиях проектирования.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научном семинаре "Проблемы механики деформируемого твердого тела и динамики машин" кафедр 902 и 906 Московского Государственного авиационного института (Технического университета) (Москва, 1999 г.)
Публикации. По результатам исследований проведенных в диссертационной работе опубликовано 4 работы.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Основная часть материала изложена на 138 страницах. Текст содержит 115 рисунков и 12 таблиц. Список литературы включает 147 наименований.
