Инновационная методика расчета и проектирования камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя

Инженерный журнал: наука и инновации

# 12·2016 1

УДК 629.7.036.54 DOI 10.18698/2308-6033-2016-12-1560

Инновационная методика расчета и проектирования

камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

Изложена методика математического моделирования, позволяющая выполнять

расчеты и проектирование камер сгорания жидкостных ракетных двигателей,

минимизируя количество стендовых испытаний. В настоящее время основным

способом проверки прочности камер сгорания являются многочисленные огневые

испытания. Разработанная методика посредством объединения ряда програм-

мных комплексов (ANSYS, pSeven) позволяет не только выполнить поверочный

расчет конструкции, но также и спроектировать конструкцию с оптимальными

параметрами с учетом заданных критериев. Представлен пошаговый алгоритм

действий. Приведены рекомендации для расчета камеры сгорания жидкостного

ракетного двигателя на нескольких режимах его работы в постановке задачи мало-

цикловой усталости. Предложенная методика апробирована при проектировании

маршевого двигателя 11Д58МФ.

Ключевые слова:

математическое моделирование, метод конечных элементов,

подконструкция, циклическая симметрия, коэффициенты анизотропии, оптими-

зация, напряженно-деформированное состояние, сопло, камера сгорания, жид-

костный ракетный двигатель, каналы охлаждения.

Введение.

Для обеспечения надежности проектируемых маршевых

двигателей необходим анализ прочностных характеристик сопловой ча-

сти и камеры сгорания. Охлаждаемая часть конструкции жидкостного

ракетного двигателя (ЖРД) — трехслойная оболочка, состоящая из ог-

невой стенки и силовой оболочки. Между ними по спиральным каналам

с переменным углом закручивания протекает охладитель.

Ныне не существует отработанной методики точной оценки проч-

ностных характеристик камеры сгорания и сопловой части ЖРД.

В целях решения проблемы проводят многочисленные дорого-

стоящие огневые испытания.

В России оценочные расчеты осуществляют, как правило, по ме-

тодике, предложенной В.И. Феодосьевым [1]. Использование мате-

матического моделирования с помощью современного метода конеч-

ных элементов (МКЭ) позволяет на этапе проектирования создавать

оптимальную конструкцию ЖРД. Такой подход существенно снижа-

ет объем экспериментальных исследований и повышает надежность

конструкции. Однако реализация МКЭ напрямую — трудновыпол-

нимая задача, поскольку для ее выполнения необходим анализ гро-

моздких конечно-элементных моделей, что приводит к необходимости

использования суперкомпьютеров. Вследствие этого применяют тра-

диционные огневые испытания.