Моделирование процесса диссипации кинетической энергии регулятора расхода импульсного реактивного твердотопливного двигателя

заканчивался строго в расчетной точке, соответствующей требуемому

критическому сечению.

Анализ технических решений и обоснование конструкции тормоз-

ного устройства, обеспечивающего полное торможение ЦТ в нужном

положении, проводились на основе вычислительных экспериментов в

программном комплексе Ansys Autodyn. Задачи серии вычислитель-

ных экспериментов заключались:

— в подборе рационального пути торможения ЦТ, обеспечивающе-

го допустимый уровень нагрузок на неподвижные детали упора при

минимальных габаритно-массовых характеристиках всего узла;

— в управлении открытием критического сечения двигателя, ре-

ализуемым через разницу в смещениях ЦТ за счет конструкции как

проникающих элементов, так и преграды на их пути, чувствитель-

ных к незначительному (6–13%) изменению кинетической энергии вы-

двигающегося ЦТ при разных температурах функционирования (при

этом увеличение разницы между крайними смещениями (при

−

◦

+50

◦

С) повышает точность регулирования величины критического

сечения).

Исходными данными для решения задачи являются графики на-

бора скорости ЦТ при крайних температурных режимах применения

(типичный вид зависимости приведен на рис. 1).

Численное моделирование процесса внедрения кинематически свя-

занных с ЦТ проникающих элементов в подбираемую преграду про-

водилось в среде Ansys Autodyn. Вычислительные эксперименты вы-

полнялись в трехмерной постановке для одной четвертой части моде-

лируемого объема, что определяется наличием двух плоскостей сим-

метрии. Предел текучести материала ударника задавался на уровне

1500МПа, что соответствует широко распространенным в практи-

ке отечественным сталям 30ХГСА и 40Х, закаленным до твердости

∼

HRC. В качестве материала преграды проверялись алюминие-

вые сплавы АД1 и АМг6 (зарубежные аналоги (США) — AL 1100-O

и AL 6061-T6). Их прочностные свойства задавались двумя известны-

ми моделями сопротивления разрушению — моделью Johnson–Cook и

моделью Steinberg–Guinan. Наибольшее соответствие физическим осо-

бенностям моделируемого процесса и экспериментальным данным вы-

явлено для вязкопластической модели Steinberg–Guinan, хорошо под-

ходящей для описания неупругого взаимодействия тел.

В случае сложной геометрии ЦТ масса его перемещающихся де-

талей моделировалась присоединенной массой к проникающему эле-

менту для сокращения числа ячеек расчетной сетки и экономии вы-

числительных ресурсов. В случае относительно простой геометрии

расчетная сетка (смешанная гексагональная-тетраэдрическая с макси-

мальным линейным размером ячейки 0,5 мм) использовалась непо-

средственно для трехмерной модели конструкции. После деформации

ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение” 2015. № 4 65