Моделирование теплопрочностных характеристик элементов конструкции ракетного двигателя твердого топлива, изготовленных методом прототипирования

Элементы конструкции ракетного двигателя твердого топлива характеризуются сложностью изготовления и последующей сборки. К возможным технологиям, обеспечивающим снижение временных и ресурсных затрат на производство деталей этого двигателя, относится технология лазерного спекания порошков металлополимерных композиций (порошковое 3D-прототипирование), отличительной особенностью которой является послойное создание детали в процессе спекания порошка. Однако внедрение технологии порошкового прототипирования при изготовлении высокоответственных деталей сопряжено с рядом проблем, в том числе с некоторым снижением механических характеристик получаемого материала. Предложена методика расчета теплопрочностных характеристик конструктивных элементов ракетного двигателя твердого топлива с использованием алгоритмов численного моделирования. Проведена оценка изменения коэффициента запаса прочности элемента, выполненного с помощью технологии прототипирования, в зависимости от условий работы двигателя (давления в камере сгорания, температуры конструкции). В результате математического моделирования теплопрочностных характеристик силового каркаса сопла ракетного двигателя твердого топлива показана возможность применения разработанной методики при выборе параметров элементов конструкции таких двигателей.

Литература

[1] Елистратова А.А., Коршакевич И.С., Тихоненко Д.В. Технологии 3D-печати: преимущества и недостатки. Решетневские чтения. Сб. матер. XVIII Междунар. науч.-практ. конф., Красноярск, 11–14 ноября 2014 г., Сибирский государственный аэрокосмический университет им. академика М.Ф. Решетнева, 2014, с. 557–559.

[2] Абдуллин М.И., Басыров А.А., Николаев А.В. Металлополимерные композиции для 3D печати. Universum: химия и биология, 2015, № 11(18). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/2701 (дата обращения 05 июля 2017).

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

[4] Волков В.Т., Ягодников Д.А. Исследование и стендовая отработка ракетных двигателей на твердом топливе. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 296 с.

[5] Фахрутдинов И.Х., Котельников А.В. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива. Москва, Машиностроение, 1987. 328 с.

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

[7] ГОСТ Р 52857.1–2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования. Москва, Стандартинформ, 2008. 28 с.

[8] Галимова Л.А., Атрощенко В.В., Смирнов В.В., Чуракова А.А., Гундеров Д.В., Заманова Г.И. Структура и механические свойства образцов из нержавеющей стали, полученных методом селективного спекания. Вестник Башкирского университета: математика и механика, 2016, № 2, с. 258–263.

[9] Hendrickson J.W. Use of Direct Metal Laser Sintering for Tooling in High Volume Production. USU Library, Logan, Utah, 2015. 35 p.

[10] Torrado A.R., Roberson D.A. Failure Analysis and Anisotropy Evaluation of 3D-Printed Tensile Test Specimens of Different Geometries and Print Raster Patterns. Journal of Failure Analysis and Prevention, 2016, no. 1, pp. 154–164.

[11] Авдуевский В.С., Кошкин В.К., ред. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике. Москва, Машиностроение, 1992. 528 с.

[12] Гузненков В.Н., Журбенко П.А. Autodesk Inventor 2012. Трехмерное моделирование деталей и создание чертежей. Москва, ДМК Пресс, 2017. 120 c.

[13] Драгунов Ю.Г., Зубченко А.С., ред. Марочник сталей и сплавов. Москва, 2014. 1216 с.

[14] Engelson V., Bunus P., Popescu P., Fritzson P. Mechanical CAD with multibody dynamic analysis based on Modelica simulation. Proceedings of the 44th Scandinavian Conference on Simulation and Modeling, Västerås, Sweden, Modelica Association, 2003, pp. 18–19.

[15] Быков Л.В. Расчет течения и теплообмена в сверхзвуковом сопле. Труды МАИ, 2011, № 44, с. 15–15. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=24974 (дата обращения 15 августа 2017).