Нестационарные изгибно-изгибно-продольные колебания ракетоносителя с космическим аппаратом
Исследуются изгибно-изгибно-продольные колебания ракеты под действием нестационарных нагрузок, вызванных порывом ветра, и продольных сил, описывающих воздействия двигательной установки. Анализу подвергаются нестационарные колебания на основании анализа конечноэлементной модели ракетоносителя со спут...
Saved in:
| Published in: | Проблемы машиностроения |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110206 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Нестационарные изгибно-изгибно-продольные колебания ракетоносителя с космическим аппаратом / К.В. Аврамов, В.А. Пирог, А.М. Тонконоженко, Т.М. Пересадько, Н.В. Ширяева // Проблемы машиностроения. — 2011. — Т. 14, № 4. — С. 60-64. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859988354838298624 |
|---|---|
| author | Аврамов, К.В. Пирог, В.А. Тонконоженко, А.М. Пересадько, Т.М. Ширяева, Н.В. |
| author_facet | Аврамов, К.В. Пирог, В.А. Тонконоженко, А.М. Пересадько, Т.М. Ширяева, Н.В. |
| citation_txt | Нестационарные изгибно-изгибно-продольные колебания ракетоносителя с космическим аппаратом / К.В. Аврамов, В.А. Пирог, А.М. Тонконоженко, Т.М. Пересадько, Н.В. Ширяева // Проблемы машиностроения. — 2011. — Т. 14, № 4. — С. 60-64. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы машиностроения |
| description | Исследуются изгибно-изгибно-продольные колебания ракеты под действием нестационарных нагрузок, вызванных порывом ветра, и продольных сил, описывающих воздействия двигательной установки. Анализу подвергаются нестационарные колебания на основании анализа конечноэлементной модели ракетоносителя со спутником.
Досліджуються згинально-згинально-повздовжні коливання ракети під дією нестаціо нарних навантажнь, які викликані дією поривів вітру та повздовжніх сил, що описують дію двигунової установки. Аналізуються нестаціонарні коливання на підставі аналізу скінченноелементної моделі ракетоносія зі супутником.
Flexural-flexural-longitudinal vibrations of launch vehicle under the action of the nonstationary loads of winds and longitudinal force describing the action of engine plant are analyzed. Nonstationary vibrations are analyzed on the basis of finite-element analysis of launch vehicle model.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:29:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
ДИНАМИКА И ПРОЧНОСТЬ МАШИН
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 4 60
рядок) зменшити розрахункові витрати і створити лічильник ресурсу, який обчислюватиме
за короткий час спрацювання ресурсу на фактичних режимах роботи турбіни.
Література
1. Гонтаровський В. П. Автоматизація визначення режимів роботи турбіни Т-250/300-240 за даними
АСУ ТП / В. П. Гонтаровський, Ю. Г. Єфремов, Н. Г. Гармаш // Десятий міжнародний симпозіум
українських інженерів-механіків у Львові: Праці.– Львів: КІНПАТРІ ЛТД. – 2011. – С. 32–34.
2. РТМ 108.020.16-85. Расчет температурных полей роторов и корпусов паровых турбин. – Л.: НПО
Центральный котлотурбинный институт, 1985. – 116 с.
3. Щегляев А. В. Паровые турбины / А. В. Щегляев. – М.: Энергия, 1976. – 357 с.
4. Лыхварь Н. В. Математическое моделирование и оптимальное проектирование паротурбинной
установки / Н. В. Лыхварь, Ю. Ф. Косяк // Теплоэнергетика. – 1986. – № 2. – С. 69–72.
5. Оцінка впливу пікових навантажень на ресурс теплофікаційних агрегатів типу Т-250/300-240 ТЕЦ:
звіт про НДР (заключний) / Ін-т пробл. машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України; кер.
Ю. М. Мацевитий. – Харків, 2006.– 209 с. – № ДР 0106U005565. – Інв. № 7528.
6. Шульженко Н. Г. Задачи термопрочности, вибродиагностики и ресурса энергетических агрегатов /
Н. Г. Шульженко, П. П. Гонтаровский, Б. Ф. Зайцев. – Харьков: Харьк. нац. автомоб.-дор. ун-т,
2011. – 444 с.
7. Детали паровых стационарных турбин. Расчет на малоцикловую усталость: РТМ 108.021.103-85. –
Взамен РТМ 108.021.103-76; введ. 01.07.86. – Л.: НПО Центральный котлотурбинный институт,
1986. – 48 с.
Надійшла до редакції
07.09.11
УДК 629.76
К. В. Аврамов*, д-р техн. наук
В. А. Пирог**, канд. техн. наук
А. М. Тонконоженко**
Т. М. Пересадько**
Н. В. Ширяева***
* Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины
(г. Харьков, e-mail: kvavr@kharkov.ua)
** Государственное предприятие Конструкторское бюро «Южное»
им. М. К. Янгеля (г. Днепропетровск)
*** Национальный технический университет
«Харьковский политехнический институт»
НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ИЗГИБНО-ИЗГИБНО-ПРОДОЛЬНЫЕ
КОЛЕБАНИЯ РАКЕТОНОСИТЕЛЯ
С КОСМИЧЕСКИМ АППАРАТОМ
Исследуются изгибно-изгибно-продольные колебания ракеты под действием нестацио-
нарных нагрузок, вызванных порывом ветра, и продольных сил, описывающих воздейст-
вия двигательной установки. Анализу подвергаются нестационарные колебания на ос-
новании анализа конечноэлементной модели ракетоносителя со спутником.
Досліджуються згинально-згинально-повздовжні коливання ракети під дією нестаціо-
нарних навантажнь, які викликані дією поривів вітру та повздовжніх сил, що описують
дію двигунової установки. Аналізуються нестаціонарні коливання на підставі аналізу
скінченноелементної моделі ракетоносія зі супутником.
ДИНАМИКА И ПРОЧНОСТЬ МАШИН
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 4 61
Введение
Проблема обеспечения устойчивости и прочности
жидкостных ракетоносителей является одной из важных
проблем ракетно-космической техники [1,2]. Известно, что
на активном участке траектории полета в результате работы
маршевого жидкостного ракетного двигателя, который гене-
рирует нестационарные динамические нагрузки, могут воз-
никнуть изгибно-продольные колебания ракетоносителей,
способные нарушить нормальную работу приборов системы
управления и привести к различным аварийным ситуациям.
Несмотря на накопленный в бывшем СССР, США, Франции
и Японии опыт устранения изгибно-продольных колебаний
ракетоносителей, проблема обеспечения устойчивости и
прочности жидкостных ракетоносителей продолжает оста-
ваться актуальной и требует своего анализа и решения при
разработке новых ракетоносителей.
Эскиз ракетоносителя представлен на рис. 1. Он со-
стоит из космического аппарата, разгонного блока, переход-
ного отсека и головного обтекателя. Разгонный блок достав-
ляет космический аппарат на расчетную орбиту. Переходной
отсек используется для крепления разгонного блока с косми-
ческим аппаратом. Головной обтекатель защищает космиче-
ский аппарат от набегающего потока воздуха и аэродинами-
ческого нагрева. Из условий динамического нагружения сис-
темы (рис. 1) она может быть описана упругой тонкостенной
балкой переменного поперечного сечения, совершающей
изгибно-изгибно-продольные колебания. Сложные нелинейные колебания таких балок рас-
сматриваются в работах [3–6]. Ракетоноситель (рис. 1) моделируется стержнями с упругими
и инерционными свойствами, к которым крепятся точечные дискретные массы. В эту рас-
четную схему включаются осцилляторы, описывающие динамические свойства топливных
баков. Таким образом, получается достаточно сложная конечноэлементная модель системы.
Ракета на старте и в полете находится под действием нагрузок, которые можно раз-
делить на две группы: статические и динамические. Нагрузки, действующие на ракету в по-
лете, представлены на рис. 2, а характер их поведения с теченим времени – на рис. 3. К ним
относятся статические нагрузки: распределенная по длине ракеты
аэродинамическая сила продольного сопротивления p1; управляю-
щая сила, приложенная к двигательной установке Qy; постоянная
составляющая силы тяги, приложенная к двигательной установки R;
и следующие динамические нагрузки: поперечная аэродинамиче-
ская сила от порыва ветра (рис. 3, а); пульсации тяги двигательной
установки RD, которые действуют в случае выключения маршевых
двигателей.
Сила от порыва ветра с течением времени (рис. 3, а) являет-
ся постоянной величиной, сменяющейся трапецевидной нагрузкой.
Поведение пульсаций двигательной установки RD с течением вре-
мени представлено на рис. 3, б. Как видно, пульсации затухают за 4
секунды.
Рассмотрим нестационарные колебания ракеты на 59-й се-
кунде полета. Этот момент времени соответствует максимальному
значению скоростного напора q = 0,5ρv2. Расчеты нестационарных
колебаний ракеты проводились с помощью программного комплек-
са NASTRAN. Некоторые результаты расчетов нашли отражение на
Рис. 1. Эскиз ракетоносителя
1pr
R
r
yQ
r
2pr
Рис. 2. Схема нагрузок,
действующих
на ракету в полете
ДИНАМИКА И ПРОЧНОСТЬ МАШИН
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 4 62
рис. 4, где показан анализ колебаний продольных ускорений (рис. 4, а) В этом случае на-
блюдаются малые амплитуды колебания ускорений, которые накладываются на значитель-
ную постоянную составляющую. На рис. 4, б представлены нестационарные, поперечны ко-
лебания ракетоносителя, на рис. 5 – ударные спектры нестационарных продольных колеба-
ний ракеты.
На рис. 4 при t < 20 с показываются результаты квазистатического анализа поведе-
ния ракеты, то есть движения под действием статических сил без учета динамических нагру-
зок.
Постоянная составляющая ускорения ракеты a = 20,91 м/с2. Как следует из рис. 4, а,
колебания продольного ускорения имеют малые значения. Так как порыв ветра действует в
плоскости (xoz), то интенсивные нестационарные колебания ускорения ракеты наблюдаются
в этой плоскости, а колебания ускорения в плоскости (xoy) чрезвычайно малы. Под действи-
ем порыва ветра в ракетоносителе наблюдается нестационарный переходной процесс в диа-
пазоне амплитуд ускорений ]2,8; 0[ м/с2, который затухает на временном интервале времени
0,18 с.
а)
б)
Рис. 4. Колебания ускорений в интерфейсе космического аппарата:
a) – нестационарная динамика продольных ускорений;
б) – нестационарные поперечные колебания ракеты
ДИНАМИКА И ПРОЧНОСТЬ МАШИН
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 4 63
Нестационарные колебания изгибающего момента My имеют следующую постоян-
ную составляющую Mу
(стат) = –0,3⋅103 Н⋅м; колебания изгибающего момента My достаточно
малы; они находятся в диапазоне ]0,6⋅103; –1,2⋅103[ Н⋅м. Нестационарные колебания My зату-
хают значительно медленнее, чем нестационарные колебания ускорений. Постоянная со-
ставляющая изгибающего момента Mz = 5,0⋅105 Н⋅м вызвана действием постоянной состав-
ляющей ветровой нагрузки. Нестационарные колебания изгибающего момента имеют доста-
точно сложный вид; они находятся в следующем диапазоне: ]9,0⋅105; 3,5⋅105[ Н⋅м. Статиче-
ская составляющая величина поперечной силы Qy достаточно мала Qy = 0,7⋅102 Н. Постоян-
ная составляющая поперечной силы Qz значительно больше; Qz = 0,52⋅105 Н. Большая вели-
чина Qz в сравнении с Qy объясняется значительной составляющей статической нагрузки,
действующей в плоскости (xoz). Поперечная сила yQ при нестационарных колебаниях из-
меняется в диапазоне ]1,8⋅102; –1,4⋅102[ Н. Затухание этих колебаний происходит достаточно
медленно. Поперечная сила Qz при нестационарных колебаниях изменяется в диапазоне
]1,0⋅105; 0,25⋅105[ Н. Эти нестационарные колебания затухают достаточно быстро. На интер-
вале времени 0,24 секунд нестационарные колебания затухают значительно. Статическая
составляющая продольной силы в интерфейсе космического аппарата Tx = –56,723⋅104 Н. На
эту постоянную составляющую накладываются нестационарные колебания с малыми ам-
плитудами. Отметим, что эти нестационарные колебания затухают на интервале времени
0,16 c.
Теперь рассмотрим ударные спектры ускорений (рис. 5). Ударный спектр продоль-
ных ускорений содержит два пика на частотах 7 и 16,5 Гц. Ударный спектр ускорений ay
имеет три пика на частотах 7,5; 11; 13 Гц. Ударный спектр ускорений az наиболее сложен.
Он имеет четыре пика колебаний, которые наблюдаются на 3,5; 7,5; 11; 13 Гц.
Для исследования нестационарных колебаний ракеты разработана математическая
модель нестационарных нагрузок от порыва ветра, маршевой двигательной установки и ло-
бового сопротивления. Исследованы нестационарные изгибно-продольные колебания раке-
ты. Анализу подвергались ускорения, изгибающие моменты, поперечные и продольные си-
лы в интерфейсе КА при колебаниях. Уровень осевых перегрузок в интерфейсе находится в
допустимом диапазоне.
Рис. 5. Ударный спектр
ДИНАМИКА И ПРОЧНОСТЬ МАШИН
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 4 64
Литература
1. Натанзон М. С. Продольные автоколебания жидкостной ракеты / М. С. Натанзон. – М.: Машино-
строение, 1977. – 206 с.
2. Колесников К. С. Динамика ракет / К. С. Колесников. – М: Машиностроение, 2003. – 520 с.
3. Avramov K. V. Non-linear equations of flexural-flexural-torsional oscillations of rotating beams with arbi-
trary cross section / K. V. Avramov, C. Pierre, N. V. Shyriaieva // Прикл. механика. – 2008. – Т. 44.
№ 5. – C. 123–132.
4. Avramov K. V. Flexural−flexural−torsional nonlinear vibrations of pre-twisted rotating beams with asym-
metric cross section / K. V. Avramov, C. Pierre, N. Shiraeva // J. Vibration and Control. – 2007. –
№ 13(4). – P. 329–364.
5. Аврамов К. В. Нелинейные изгибно-изгибно-крутильные колебания вращающихся закрученных
стержней с учетом депланации поперечного сечения / К. В. Аврамов, О. С. Галас, О. К. Морачков-
ский, К. Пьер // Пробл. прочности. – 2009. – № 2. – C. 112–125.
6. Фоминиченко Ю. С. Совместное применение метода конечных элементов и нелинейных нормаль-
ных форм в задачах колебаний стержневых систем / Ю. С. Фоминиченко, К. В. Аврамов // Меха-
ника и машиностроение. – 2007. – №1. – С. 29–34.
Поступила в редакцию
30.10.10
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-110206 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0131-2928 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:29:47Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Аврамов, К.В. Пирог, В.А. Тонконоженко, А.М. Пересадько, Т.М. Ширяева, Н.В. 2016-12-31T20:16:51Z 2016-12-31T20:16:51Z 2011 Нестационарные изгибно-изгибно-продольные колебания ракетоносителя с космическим аппаратом / К.В. Аврамов, В.А. Пирог, А.М. Тонконоженко, Т.М. Пересадько, Н.В. Ширяева // Проблемы машиностроения. — 2011. — Т. 14, № 4. — С. 60-64. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110206 629.76 Исследуются изгибно-изгибно-продольные колебания ракеты под действием нестационарных нагрузок, вызванных порывом ветра, и продольных сил, описывающих воздействия двигательной установки. Анализу подвергаются нестационарные колебания на основании анализа конечноэлементной модели ракетоносителя со спутником. Досліджуються згинально-згинально-повздовжні коливання ракети під дією нестаціо нарних навантажнь, які викликані дією поривів вітру та повздовжніх сил, що описують дію двигунової установки. Аналізуються нестаціонарні коливання на підставі аналізу скінченноелементної моделі ракетоносія зі супутником. Flexural-flexural-longitudinal vibrations of launch vehicle under the action of the nonstationary loads of winds and longitudinal force describing the action of engine plant are analyzed. Nonstationary vibrations are analyzed on the basis of finite-element analysis of launch vehicle model. ru Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України Проблемы машиностроения Динамика и прочность машин Нестационарные изгибно-изгибно-продольные колебания ракетоносителя с космическим аппаратом Flexural-flexural-longitudinal transients of launch vehicle Article published earlier |
| spellingShingle | Нестационарные изгибно-изгибно-продольные колебания ракетоносителя с космическим аппаратом Аврамов, К.В. Пирог, В.А. Тонконоженко, А.М. Пересадько, Т.М. Ширяева, Н.В. Динамика и прочность машин |
| title | Нестационарные изгибно-изгибно-продольные колебания ракетоносителя с космическим аппаратом |
| title_alt | Flexural-flexural-longitudinal transients of launch vehicle |
| title_full | Нестационарные изгибно-изгибно-продольные колебания ракетоносителя с космическим аппаратом |
| title_fullStr | Нестационарные изгибно-изгибно-продольные колебания ракетоносителя с космическим аппаратом |
| title_full_unstemmed | Нестационарные изгибно-изгибно-продольные колебания ракетоносителя с космическим аппаратом |
| title_short | Нестационарные изгибно-изгибно-продольные колебания ракетоносителя с космическим аппаратом |
| title_sort | нестационарные изгибно-изгибно-продольные колебания ракетоносителя с космическим аппаратом |
| topic | Динамика и прочность машин |
| topic_facet | Динамика и прочность машин |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110206 |
| work_keys_str_mv | AT avramovkv nestacionarnyeizgibnoizgibnoprodolʹnyekolebaniâraketonositelâskosmičeskimapparatom AT pirogva nestacionarnyeizgibnoizgibnoprodolʹnyekolebaniâraketonositelâskosmičeskimapparatom AT tonkonoženkoam nestacionarnyeizgibnoizgibnoprodolʹnyekolebaniâraketonositelâskosmičeskimapparatom AT peresadʹkotm nestacionarnyeizgibnoizgibnoprodolʹnyekolebaniâraketonositelâskosmičeskimapparatom AT širâevanv nestacionarnyeizgibnoizgibnoprodolʹnyekolebaniâraketonositelâskosmičeskimapparatom AT avramovkv flexuralflexurallongitudinaltransientsoflaunchvehicle AT pirogva flexuralflexurallongitudinaltransientsoflaunchvehicle AT tonkonoženkoam flexuralflexurallongitudinaltransientsoflaunchvehicle AT peresadʹkotm flexuralflexurallongitudinaltransientsoflaunchvehicle AT širâevanv flexuralflexurallongitudinaltransientsoflaunchvehicle |