ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ УДАРНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ОТДЕЛЕНИЯ ОБТЕКАТЕЛЯ РАКЕТЫ ЧЕРЕЗ ПЛАСТИЧЕСКИЙ ДЕМПФЕР

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2018.03.019
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Выпуск Том 21, № 3, 2018 (сентябрь)
Страницы 19-30

 

Авторы

Б. Ф. Зайцев, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: b.zajtsev@gmail.com, ORCID: 0000-0003-2411-0370

А. В. Асаенок, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10)

Т. В. Протасова, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: tatyprotasova@gmail.com, ORCID: 0000-0003-1489-2081

Д. В. Клименко, Государственное предприятие «Конструкторское бюро «Южное» им. М. К. Янгеля» (49008, Украина, г. Днепр, ул. Криворожская, 3), e-mail: KlymenkoDV@hotmail.com, ORCID: 0000-0001-7392-0973

Д. В. Акимов, Государственное предприятие «Конструкторское бюро «Южное» им. М. К. Янгеля» (49008, Украина, г. Днепр, ул. Криворожская, 3), e-mail: AkimovDV@kbu.net, ORCID: 0000-0002-5881-589X

В. Н. Сиренко, Государственное предприятие «Конструкторское бюро «Южное» им. М. К. Янгеля» (49008, Украина, г. Днепр, ул. Криворожская, 3)

 

Аннотация

Статья посвящена актуальным вопросам обеспечения динамической прочности элементов ракетной техники при использовании пиротехнических средств. Исследуется ударное взаимодействие узлов пиротехнической системы отделения обтекателя ракеты во второй фазе работы системы при так называемом «подхватывании». Контактирование узлов системы происходит через упруго-пластический демпфер. Демпфер устанавливается между подвижной и неподвижной частями для «смягчения» удара за счет пластической деформации. Демпфер выполняет роль односторонней связи – ограничивает сжатие и не препятствует отрыву. Принимается, что конструкция в целом упругая, а пластическое деформирование сосредоточено в демпфере. Механическая модель представляется в виде комбинации упругих элементов и нелинейного демпфера. Методика учета нелинейности демпфера построена на введении переменных граничных сил по торцам демпфера. При пластических деформациях сжатия граничные силы увеличивают деформацию, сдерживаемую упругими силами, а при нарушении контакта (отрыве) – полностью компенсируют напряжения в модели демпфера, обнуляя их. Построена трехмерная расчетная модель составной конструкции обтекателя в сборе. Демпфер представляется в виде сплошного тонкого кольца. Используется метод конечных элементов. Расчет динамики конструкции по времени выполняется конечно-разностным методом Вильсона. Проведена верификация методики на тестовой задаче с известным волновым решением. Выполнены расчетные исследования динамического напряженного состояния при различных скоростях удара для вариантов демпфера с разной пластической жесткостью: стальной упругий (демпфер без отверстий, «жесткий», для сравнения); исходный (демпфер с отверстиями, пластичный, мягкий) и рациональный (демпфер с подобранной характеристикой жесткости). Показано, что исходный демпфер неэффективен из-за недостаточной жесткости. Определены характеристики пластической жесткости, при которых динамические напряжения значительно снижены по отношению к исходной конструкции. Максимальные динамические напряжения в пиротехнической системе отделения обтекателя с рациональными демпферами сильно зависят от скорости удара. При значительных скоростях они превосходят предел пластичности. Более точную постановку задачи «подхватывания» следует выполнить с учетом пластичности во всей конструкции.

 

Ключевые слова: обтекатель, система отделения, удар, напряжения, контакт, демпфер, пластичность.

 

Полный текст: загрузить PDF

 

Литература

  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. № 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». № 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. № 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. 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. 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.

 

Поступила в редакцию 16 мая 2018 г.

Принята в печать