ДИНАМІЧНІ ПРОЦЕСИ ПРИ УДАРНІЙ ВЗАЄМОДІЇ ЕЛЕМЕНТІВ СИСТЕМИ ВІДДІЛЕННЯ ОБТІЧНИКА РАКЕТИ ЧЕРЕЗ ПЛАСТИЧНИЙ ДЕМПФЕР

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2018.03.019
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Випуск Том 21, № 3, 2018 (вересень)
Сторінки 19-30

 

Автори

Б. П. Зайцев, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: b.zajtsev@gmail.com, ORCID: 0000-0003-2411-0370 

О. В. Асайонок, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10)

Т. В. Протасова, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: tatyprotasova@gmail.com, ORCID: 0000-0003-1489-2081

Д. В. Клименко, Державне підприємство «Конструкторське бюро «Південне» ім. М.К. Янгеля» (49008, Україна, м. Дніпро, вул. Криворізька, 3), e-mail: KlymenkoDV@hotmail.com, ORCID: 0000-0001-7392-0973

Д. В. Акімов, Державне підприємство «Конструкторське бюро «Південне» ім. М.К. Янгеля» (49008, Україна, м. Дніпро, вул. Криворізька, 3), e-mail: AkimovDV@kbu.net, ORCID: 0000-0002-5881-589X

В. М. Сіренко, Державне підприємство «Конструкторське бюро «Південне» ім. М.К. Янгеля» (49008, Україна, м. Дніпро, вул. Криворізька, 3)

 

Анотація

Статтю присвячено актуальним питанням забезпечення динамічної міцності елементів ракетної техніки під час використання піротехнічних засобів. Досліджується ударна взаємодія вузлів піротехнічної системи відділення обтічника ракети в другій фазі роботи системи за так званого «підхоплення». Контактування вузлів системи відбувається через пружно-пластичний демпфер. Демпфер встановлюється між рухомою та нерухомою частинами для «пом’якшення» удару за рахунок пластичної деформації. Демпфер виконує роль одностороннього зв’язку – обмежує стискання та не перешкоджає відриву. Приймається, що конструкція в цілому є пружною, а пластичне деформування зосереджене в демпфері. Механічна модель подається у вигляді комбінації пружних елементів й нелінійного демпфера. Методика врахування нелінійності демпфера побудована на введенні змінних граничних сил торцями демпфера. За пластичних деформацій стискання граничні сили збільшують деформацію, яка стримується пружними силами, а у разі порушення контакту – відриву – повністю компенсують напруження в моделі демпфера, занулюючи їх. Побудовано тривимірну розрахункову модель складеної конструкції обтічника в зборі. Демпфер подається у вигляді суцільного тонкого кільця. Використовується метод скінченних елементів. Розрахунок динаміки конструкції за часом виконується скінченно-різницевим методом Вільсона. Проведено верифікацію методики на тестовій задачі з відомим хвильовим розв’язком. Виконано розрахункові дослідження динамічного напруженого стану за деяких швидкостей удару для варіантів демпфера з різною пластичною жорсткістю: сталевого пружного (демпфер без отворів, «жорсткий», для порівняння); первинного (демпфер з отворами, пластичний, м’який) та раціонального (демпфер з підібраною характеристикою жорсткості). Показано, що первинний демпфер не є ефективним внаслідок недостатньої жорсткості. Визначені характеристики пластичної жорсткості, за яких динамічні напруження значно знижені відносно первинної конструкції. Максимальні динамічні напруження в піротехнічній системі відділення обтічника з раціональними демпферами сильно залежать від швидкості удару. За значних швидкостей вони перевищують границю пластичності. Більш точну постановку задачі «підхоплення» слід виконати з урахуванням пластичності у всій конструкції.

 

Ключові слова: обтічник, система відділення, удар, напруження, контакт, демпфер, пластичність

 

Література

  1. Потапов А. М., Коваленко В. А., Кондратьев А. В. Сравнение головных обтекателей существующих и перспективных отечественных ракет-носителей и их зарубежных аналогов. Авиац.-косм. техника и технология. 2015. № 1 (118). С. 35–43.
  2. Русин М. Ю., Ромашин А. Г., Камнев П. И. Опыт разработки головных обтекателей летательных аппаратов. Авиац.-косм. техника и технология. 2004. № 5 (13). С. 63–69.
  3. Моссаковский В. И., Макаренков A. Г., Никитин П. И., Саввин Ю. И. Прочность ракетных конструкций: учеб. пособие (под ред. B. И. Моссаковского). М.: Высш. шк., 1990. 359 с.
  4. Колесников К. С., Кокушкин В. В., Борзых С. В., Панкова Н. В. Расчет и проектирование систем разделения ступеней ракет: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. 376 с.
  5. Конюхов А.С. Определение жесткостных и инерционно-массовых характеристик ортотропной гладкооболочечной модели биконической секции створки головного обтекателя. Вісн. НТУУ «КПІ». Сер. Машинобудування. 2014. № 2 (71). C. 39–46.
  6. Цибенко А. С., Крищук Н. Г., Конюхов А. С., Коваль В. П., Аксьоненко А. В., Трубін А. В. Розробка адекватної математичної моделі дослідження динаміки стулок головного обтічника ракети-носія у процесі польоту і відділення. Наук. вісті НТУУ «КПІ». 2006. № 6. С. 139–148.
  7. Шульженко Н. Г., Зайцев Б. Ф., Асаенок А. В., Протасова Т. В., Клименко Д. В., Ларионов И. Ф., Акимов Д. В. Динамика элементов системы отделения обтекателя ракеты. Авиац.-косм. техника и технология. 2017. № 9 (144). С. 5–13.
  8. Шульженко Н. Г., Зайцев Б. Ф., Асаенок А. В., Клименко Д. В., Батутина Т. Я., Бурчаков Б. В. Динамическое контактное взаимодействие адаптеров космической конструкции при разделении. Косм. наука і технологія. 2016. Т .22. № 2. С. 12–21. https://doi.org/10.15407/knit2016.02.012
  9. Шульженко М. Г., Зайцев Б. П., Гонтаровський П. П., Протасова Т. В., Батутіна Т. Я., Шеремет І. В. Оцінка динамічної реакції вузлів системи розділення космічного апарата та носія при імпульсних навантаженнях. Косм. наука і технологія. 2015. Т. 21. № 1. С. 15–19. https://doi.org/10.15407/knit2015.01.015
  10. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Зайцев Б. Ф. Задачи термопрочности, вибродиагностики и ресурса энергоагрегатов (модели, методы, результаты исследований): моногр. Saarbrücken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2011. 370 с.
  11. Бате К., Вильсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. М.: Стройиздат, 1982. 448 с.
  12. Термопрочность деталей машин (под ред. И. А. Биргера и Б. Ф. Шорра). М.: Машиностроение, 1975. 455 с.
  13. Метод конечных элементов в механике твердых тел (под общ. ред. А. С. Сахарова и И. Альтенбаха). Киев: Вища шк., 1982. 480 с.
  14. Тимошенко С. П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1975. 576 с.

 

Надійшла до редакції 16 травня 2018 р.