Конюхов Олександр Станіславович. Розробка методів розрахунку динамічних характеристие рідинних ракет-носіїв пакетної компоновки

brief description

Конюхов Олександр Станіславович. Розробка методів розрахунку динамічних характеристие рідинних ракет-носіїв пакетної компоновки : Дис... канд. наук: 05.02.09 2002

Конюхов О.С. Розробка методів розрахунку динамічних характеристик рідинних ракет-носіїв пакетної компоновки. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.09 - Динаміка і міцність машин. - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2002.
Дисертація присвячена розробці методів розрахунку динамічних характеристик рідинних ракет-носіїв пакетної компоновки. Сформульована узагальнена математична постановка задачі динаміки просторових конструкцій РН із порожнинами, що містять коливні рідинні маси. Описано уточнену модель механіко-гідравлічної системи РН на основі просторових елементів балкового типу, а також приєднаних твердих тіл і пружних балок з урахуванням апроксимації об'ємів рідини у вигляді сукупності пружинно-масових осциляторів і "квазізатверділої" рідини. Запропоновано ефективну методику обчислення еквівалентних жорсткісних і інерціальних параметрів елементів, що входять до динамічної моделі рідинних РН. Описано високоефективні алгоритми розрахунку власних частот і форм коливань РН. Розроблений програмний комплекс дозволяє здійснювати моделювання вільних коливань рідинних РН як тандемної, так і пакетної схем. Вперше розрахунковим шляхом проведено всебічне вивчення власних частот і форм вільних коливань нової конструкції РН "Циклон-4" пакетної компоновки. Отримано результати досліджень динамічних характеристик РН "Циклон-4" для різних фаз польоту.

1. В основу традиційної концепції побудови динамічних аналогів рідинних РН покладено одномірні моделі, що і не відповідає сучасному конструктивному виконанню РН. Для рідинних РН пакетного типу необхідно розробити адекватні просторові динамічні моделі механіко-гідравлічної системи РН і створити ефетивні методи, алгоритми і програмне забезпечення для розрахунку динамічних характеристик.
2. Розвинуто загальний методологічний підхід до побудови динамічних моделей багатоступінчастих рідинних РН і визначення їхніх параметрів. Запропоновано ефективні імітаційні моделі елементів механіко-гідравлічної системи, що визначають процеси власних коливань рідинних РН пакетної компоновки.
3. Сформульовано узагальнену математичну постановку задач динаміки деформівних тіл, у тому числі з порожнинами, що містять рідину. Розроблено загальну методику їх розв'язку з використанням двоетапної за просторовими змінними і за часовим аргументом процедури алгебраїзації на основі проекційно-сіткових методів у формі методів зважених нев’язок. Побудовано систему скінченноелементних рівнянь для адекватних просторових динамічних моделей рідинних РН пакетної компоновки. Розроблено алгоритм розв'язку системи рівнянь МСЕ щодо розрахунку власних частот і форм вільних коливань. Алгоритм реалізовано у вигляді високоефективного програмного забезпечення для сучасних ПЕОМ. Проведено роз'вязок серії тестових динамічних задач із метою перевірки розроблених і програмно реалізованих методик розрахунків. За даними обчислювальних експериментів досліджено вплив уточнюючих апроксимацій і ступеня дискретизації об'єкта на розрахункові динамічні характеристики нової модифікації РН "Циклон-4" пакетної компоновки.
4. У рамках запропонованого єдиного методологічного підходу:
4.1. Побудовано динамічну модель рідинних РН пакетної компоновки "Циклон-4" з використанням просторових елементів балкового типу, приєднаних твердих тіл і пружних балок з урахуванням апроксимації об'ємів рідини у вигляді пружинно-масових осциляторів і "квазізатверділої" рідини. Обчислено еквівалентні жорсткісні і інерціальні характеристики елементів, що складають динамічну модель рідинних РН. Вперше досліджено вплив на амплітудно-частотні характеристики уточнюючих розрахункових схем і апроксимацій для елементів динамічної моделі РН, зокрема проаналізовано можливе урахування: 1) просторовості конструкції РН пакетної компоновки; 2) деформацій зсуву й інерції обертання у формі Тимошенко для елементів балкового типу; 3) піддатливості зв'язків і конструктивно відповідних ступенів свободи у вузлах кріплення; 4) ступеня дискретизації розрахункового об'єкта.
4.2. Розрахунковим шляхом проведено всебічне вивчення власних частот і форм вільних коливань нової конструкції РН "Циклон-4" пакетної компоновки для трьох фаз польоту. Визначено вплив на амплітудно-частотні характеристики РН різних схем ідеалізації елементів динамічної моделі.
Встановлено, що урахування деформації зсуву й інерції обертання для елементів балкового типу істотно впливає на дані розрахунків власних частот коливань динамічної моделі РН.
Розроблена просторова динамічна модель механіко-гідравлічної системи рідинних РН пакетної компоновки представлена у вигляді базових елементів балкового типу у формі Тимошенко, пружно приєднаними твердими тілами і пружними балками, при апроксимації об'ємів рідини у формі пружинно-масових осциляторів і "квазізатверділої" рідини рекомендується як базова для розрахунків власних частот і форм коливань рідинних РН.
Ключові слова:динамічна модель, власні частоти і форми коливань, рідинна ракета-носій, механіко-гідравлічна система.