Определение внутренних напряжений, возникающих в теплозащитном покрытии элементов конструкции двигательной установки при изменении температуры окружающей среды

На этапе разработки ракетного двигателя твердого топлива конфигурацию теплозащитного покрытия элементов конструкции выбирают исходя из условия обеспечения работоспособности изделия на самых теплонапряженных режимах работы. Однако при транспортировании и хранении двигательной установки в теплозащитных покрытиях возникают внутренние напряжения, обусловленные различными значениями температуры на поверхности и внутри изделия, которые могут привести к растрескиванию покрытия с последующим прогаром стенки в процессе работы двигателя. Предложена методика определения внутренних напряжений изделия на этапе разработки при изменении температуры окружающей среды с использованием численного моделирования в качестве дополнения проектных расчетов. Проведена апробация предложенной методики с использованием экспериментальных данных для заднего днища камеры сгорания. Рассчитаны поля температур и определены области с максимальными значениями внутренних напряжений, способных привести к разрушению покрытия. Приведены конструктивные и технологические способы уменьшения возникающих внутренних напряжений. Сформулированы возможные пути уточнения данных, полученных в результате испытаний и расчетным путем с использованием предложенной математической модели.
EDN: OXYBLK, https://elibrary/oxyblk

Литература

[1] Догадкин В.А., Кольга В.В., Трухин В.Р. Параметрический анализ прочности сопла ракетного двигателя на твердом топливе. Сибирский аэрокосмический журнал, 2023, т. 24, № 3, с. 510–520.

[2] Ягодников Д.А., Ирьянов Н.Я. Ракетные двигательные установки. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 84 с.

[3] Шишков А.Ю., Дунаева И.В., Стерленгова Ж.И. и др. Анализ функционирования РДТТ при наличии застойной зоны. Известия ТулГУ. Технические науки, 2014, № 12–1, с. 137–142.

[4] Милехин Ю.М., Попов В.С., Бурский Г.В. и др. Расчет внутрибаллистических характеристик с учетом теплофизических параметров уноса и газификации теплозащиты РДТТ на стационарном режиме работы и участке глубокого спада давления. Часть 1. Физико-математическая формулировка задачи. Внутрикамерные процессы и горение в установках на твердом топливе и ствольных системах. Сб. тр. 10 Всерос. конф. Ижевск, УдмФИЦ, 2020, с. 207–217.

[5] Мормуль Р.В., Еременко П.П., Шайдуров А.А. Математическое моделирование и эксперимент по определению параметров напряженно-деформированного состояния эластичных опорных элементов при нестационарном теплосиловом нагружении. Химическая физика и мезоскопия, 2019, т. 21, № 4, с. 502–513, doi: https://doi.org/10.15350/17270529.2019.4.53

[6] Тихомирова Е.А., Будиновский С.А., Живушкин А.А. и др. Особенности развития термической усталости в деталях из жаропрочных сплавов с покрытием. Авиационные материалы и технологии, 2017, № 3, с. 20–25, doi: https://doi.org/10.18577/2071-9140-2017-0-3-20-25

[7] Сабирзянов А.Н., Хаматнурова Ч.Б., Кузьмин В.В. Газодинамические потери в проточной части канального заряда ракетного двигателя твердого топлива. Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2022, т. 21, № 3, с. 47–57, doi: https://doi.org/10.18287/2541-7533-2022-21-3-47-57

[8] Шишков А.А., Панин С.Д., Румянцев Б.В. Рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топлива. Москва, Машиностроение, 1988. 240 с.

[9] Гаврюшин С.С., Красновский Е.Е., Короткая О.В. и др. Использование метода подконструкций для термопрочностного расчета камеры жидкостного ракетного двигателя. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, № 4, doi: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2013-4-705

[10] Печников В.П. Напряженно-деформированное состояние заряда РДТТ, скрепленного с ортотропным корпусом. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, № 7, doi: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2013-7-855

[11] Мейз Дж. Теория и задачи механики сплошных сред. Москва, Изд-во ЛКИ, 2007. 320 с.

[12] Мормуль Р.В., Мерзляков С.Н. Исследование температурного состояния газогенератора твердого топлива при стендовом испытании методом тепловизионной съемки. Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, 2020, № 60, с. 26–33, doi: https://doi.org/10.15593/2224-9982/2020.60.03

[13] Казанцев В.Г., Жаринов Ю.Б., Карпутин М.П. Динамика и прочность ракетных двигателей на твердом топливе. Бийск, АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 2014. 380 с.

[14] Бендерский Б.Я., Чернова А.А. Исследование теплообмена в камере сгорания РДТТ в рамках модели гомогенного газа. Химическая физика и мезоскопия, 2021, т. 23, № 4, с. 412–419, doi: https://doi.org/10.15350/17270529.2021.4.37

[15] Ершова А.А., Ознобишин А.Б. Исследование напряженно-деформированного состояния системы «корпус-ТЗП-заряд». Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, 2013, № 35, с. 21–30.