Динамические процессы при ударном взаимодействии элементов системы отделения обтекателя ракеты через пластический демпфер
Ключевые слова:
обтекатель, система отделения, удар, напряжения, контакт, демпфер, пластичностьАннотация
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.Библиографические ссылки
Potapov, A. M., Kovalenko, V. A., & Kondratyev, A. V. (2015). Sravneniye golovnykh obtekateley sushchestvuyushchikh i perspektivnykh otechestvennykh raket-nositeley i ikh zarubezhnykh analogov [Comparison of head fairings of existing and promising domestic carrier rockets and their foreign counterparts]. Aviats.-kosm. tekhnika i tekhnologiya − Aerospace Technic and Technology, no. 1 (118), pp. 35–43 [in Russian].
Rusin M. Yu., Romashin, A. G., & Kamnev, P. I. (2004). Opyt razrabotki golovnykh obtekateley letatelnykh apparatov [Experience in development of head fairings for flying vehicles]. Aviats.-kosm. tekhnika i tekhnologiya − Aerospace Technic and Technology, no. 5(13), pp. 63–69 [in Russian].
Mossakovskiy, V. I., Makarenkov, A. G., Nikitin, P. I., & Savvin, Yu. I.(1990). Prochnost raketnykh konstruktsiy: Ucheb. posobiye [Strength of rocket structures: Training manual. B. I. Mossakovskii (Ed.).Moscow: Vysshaya shkola, 359 p. [in Russian].
Kolesnikov, K. S., Kokushkin, V. V., Borzykh, S. V., & Pankova, N. V. (2006). Raschet i proyektirovaniye sistem razdeleniya stupeney raket: Ucheb. posobiye [Calculation and design of separation systems of rocket stages: Training manual].Moscow: Izd-vo MGTU im. N. E. Baumana, 376 p. [in Russian].
Konyukhov, A.S. (2014). Opredeleniye zhestkostnykh i inertsionno-massovykh kharakteristik ortotropnoy gladkoobolochechnoy modeli bikonicheskoy sektsii stvorki golovnogo obtekatelya [Determination of stiffness and inertia-mass characteristics of an orthotropic smooth-shell model of the biconic section of the head cowl flap]. Visnyk NTU «KhPI». Ser.:Transportne Mashynobuduvannia − Bulletin of the NTU 'KhPI'. Series: Transport Machine Building, no.2 (71), pp. 39 − 46 [in Russian].
Tsybenko, A. S., Kryshchuk, N. H., Koniukhov, A. S., Koval, V. P., Aksonenko, A. V., & Trubin, A. V. (2006) Rozrobka adekvatnoi matematychnoi modeli doslidzhennia dynamiky stulok holovnoho obtichnyka rakety-nosiia u protsesi polotu i viddilennia [Development of an adequate mathematical model for studying the dynamics of the nose fairing flaps of a launch vehicle in flight process and separation]. Nauk. visti NTU 'KhPI' − Science News of NTU 'KhPI', no. 6, pp. 139–148 [in Ukrainian].
Shulzhenko, N. G., Zaytsev, B. F., Asayenok, A. V., Protasova, T. V., Klimenko, D.V., Larionov, I. F., & Akimov, D. V. (2017). Dinamika elementov sistemy otdeleniya obtekatelya rakety [Dynamics of elements of the rocket fairing system]. Aviats.-kosm. tekhnika i tekhnologiya − Aerospace Technic and Technology, no. 9. (144), pp. 5–13 [in Russian].
Shulzhenko, N. G., Zaytsev, B. F., Asayenok, A. V., Klimenko, D. V., Batutina, T. Ya., & Burchakov, B. V. (2016). Dinamicheskoye kontaktnoye vzaimodeystviye adapterov kosmicheskoy konstruktsii pri razdelenii [Dynamic contact interaction of adapters of the space structure under separation]. Aviats.-kosm. tekhnika i tekhnologiya − Aerospace Technic and Technology, vol. 22, no. 2, pp. 12–21 [in Russian].
Shulzhenko, M. H., Zaitsev, B. P. , Hontarovskyi, P. P. , Protasova, T. V. , Batutina, T. Ya., & Sheremet, I.V. (2015). Otsinka dynamichnoi reaktsii vuzliv systemy rozdilennia kosmichnoho aparata ta nosiia pry impulsnykh navantazhenniakh [Estimation of the dynamic reaction of spacecraft and launch vehicle separation system units under pulse loads] Kosm. nauka i tekhnolohiia − Space Science and Technology, vol. 21, no. 1, pp. 15–19 [in Ukrainian].
Shulzhenko, N. G., Gontarovskiy, P. P., & Zaytsev, B. F. (2011). Zadachi termoprochnosti, vibrodiagnostiki i resursa energoagregatov (modeli, metody, rezul'taty issledovaniy). [Problems of thermal strength, vibrodiagnostics and resource of power units (models, methods, results of research): Monograph].Saarbrücken,Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 370 p. [in Russian].
Bate, K., & Vilson, Ye. (1982). Chislennyye metody analiza i metod konechnykh elementov [Numerical analysis methods and the finite element method].Moscow: Stroyizdat, 448 p. [in Russian].
I.A. Birger & B.F. Shorr (Eds.). (1975). Termoprochnost detaley mashin [Thermal strength of machine parts.Moscow: Mashinostroyeniye, 455 p. [in Russian].
A.S Sakharov & I.Altenbach (Eds.). (1982). Metod konechnykh elementov v mekhanike tverdykh tel [The finite element method in the mechanics of solids). Kyiv: Vyshcha shkola, 480 p. [in Russian].
Timoshenko, S. P., & Gudyer, Dzh. (1975). Teoriya uprugosti [Theory of elasticity]. Moscow: Nauka, 576 p. [in Russian].
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2018 Boris F. Zaytsev, Aleksandr V. Asayеnok, Tatyana V. Protasova, Dmitriy V. Klimenko, Dmitriy V. Akimov, Vladimir N. Sirenko
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NoDerivatives» («Атрибуция — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
Авторы, публикующиеся в этом журнале, соглашаются со следующими условиями:
- Авторы оставляют за собой право на авторство своей работы и передают журналу право первой публикации этой работы на условиях лицензионного договора (соглашения).
- Авторы имеют право заключать самостоятельно дополнительные договора (соглашения) о неэксклюзивном распространении работы в том виде, в котором она была опубликована этим журналом (например, размещать работу в электронном хранилище учреждения или публиковать в составе монографии), при условии сохранения ссылки на первую публикацию работы в этом журнале.
- Политика журнала позволяет размещение авторами в сети Интернет (например, в хранилищах учреждения или на персональных веб-сайтах) рукописи работы, как до подачи этой рукописи в редакцию, так и во время ее редакционной обработки, поскольку это способствует возникновению продуктивной научной дискуссии и позитивно отражается на оперативности и динамике цитирования опубликованной работы (см. The Effect of Open Access).
