Введение к работе
Актуальность работы. После завершения производства ракет-носителей (РН) одним из важнейших вопросов является ее транспортирование в эксплуатирующую организацию.
Транспортирование блоков РН осуществляется горизонтально в защищающих от внешних атмосферных условий специальных контейнерах, в которых блоки РН, в отличие от большинства других грузов, закрепляются непосредственно к несущей раме без защитной оболочки. На блоки РН при этом воздействуют динамические нагрузки, характер которых отличается от нагрузок, воздействующих на РН в полете.
Проблема сохранения эксплуатационных характеристик РН в процессе транспортирования может решаться либо усилением конструкции последней, что увеличивает ее массу, либо ограничением допустимых перегрузок при ее транспортировании. Ранее транспортировка внутри нашей страны осуществлялась железнодорожным или автомобильным транспортом. Для этих условий проблема исследования нагрузок на транспортируемое изделие ракетно-космической техники (РКТ) достаточно изучена, разработаны и широко используются математические модели, позволяющие расчетными методами определить значения этих нагрузок и провести их анализ.
В настоящее время в связи с расширением географии использования объектов отечественной РКТ возникают ситуации, приводящие к необходимости транспортирования блоков РН на большие расстояния из европейской части России на космодромы Южной и Северной Америк, Юго-Восточной и Восточной Азии, в районы запуска в Индийском Океане. В результате этого возникла необходимость использования морского транспорта для доставки оборудования и изделий РКТ в требуемую точку. Разработка материалов настоящей диссертации осуществлялась в рамках проведения работ по созданию ракетно-космического комплекса для РН «Союз-СТ» в Гвианском Космическом Центре.
В процессе транспортирования морским транспортом динамические воздействия на перевозимое изделие отличаются от динамических воздействий при транспортировании железнодорожным или автомобильным транспортом. Для случая морской перевозки возмущающие воздействия на объект транспортирования передаются посредством воздействия на судно морского волнения, определяемого высотой волн, скоростью их набегания, курсовым углом и другими параметрами.
Для определения динамических воздействий на судно отечественными учеными А. Н. Крыловым,В. В. Семеновым-Тянь-Шаньским, А. М. Басиным, Ю. В. Ремезом, Л. Л. Вагущенко,С. Н. Благовещенским, М. А. Бельговой, Р. В. Борисовым,А. Н. Малышевыми др. было разработано большое количество математических моделей, позволяющих определить его поведение под воздействием волнения воды. Однако модели, разработанные указанными авторами, не учитывают в совокупности динамические воздействия на транспортируемое изделие, зависящее от параметров морского волнения, динамических характеристик судна, упруго-диссипативных свойств транспортируемых изделий и средств крепления изделий на транспортном средстве. Вопрос определения нагрузок на перевозимых судном объектах в настоящее время изучен только для традиционных грузов, в то время как способы закрепления объектов РКТ на судне имеют свои отличия, обусловленные совокупностью конструктивных особенностей, большими габаритами, высокими требованиями по допустимым нагрузкам и другими причинами. В существующих моделях эти вопросы не учитываются, в связи с чем, требуется разработка новых математических моделей, позволяющих определять возникающие нагрузки на перевозимых морским транспортом объектах РКТ с учетом различных факторов, а также осуществлять их исследование, анализ и предъявлять требования к устройствам демпфирования этих нагрузок. Такая постановка задачи определяет актуальность темы настоящей диссертационной работы.
Цель диссертационной работы. Исследование динамических воздействий на объекты ракетно-космической техники, перевозимые морским транспортом, и разработка рекомендаций по их снижению.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- анализ математических моделей морского волнения, разработка и исследование моделей, описывающих перемещения судна при воздействии морского волнения;
разработка математической модели, для расчета перемещений и ускорений точки размещения средств крепления на судне, возникающих при воздействии морского волнения;
- разработка математических моделей, устанавливающих взаимосвязь параметров движения изделия с кинематическими воздействиями со стороны судна, с учетом упруго-диссипативных свойств средств крепления изделия на транспортном судне;
- разработка обобщенной математической модели взаимосвязанной динамической системы «судно – транспортируемое изделие» для исследования динамических воздействий на транспортируемое изделие;
- разработка методики и исследование зависимости перегрузок на изделии от характеристик морского волнения, характеристик судна и средств крепления;
- определение динамических воздействий на конкретный объект транспортирования и сравнение полученных результатов с экспериментальными данными;
- разработка рекомендаций по снижению динамических воздействий на транспортируемое изделие.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теоретической механики, математического анализа, методы теории колебаний механических объектов, теории автоматического управления, экспериментальные методы исследования динамических процессов.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие основные научные результаты:
разработана математическая модель для расчета возникающих при воздействии морского волнения перемещений и ускорений точки размещения элемента крепления изделия на судне, отличающая от существующих учетом места размещения транспортируемого изделия и особенностями его закрепления, что позволяет выбрать наиболее рациональное место размещения изделия на судне;
- разработана математическая модель, устанавливающая взаимосвязь параметров движения изделия с кинематическими воздействиями со стороны судна в отличии от других моделей, учитывающая упруго-диссипативные свойства транспортируемого изделия РКТ и средств его крепления;
- сформирована обобщенная математическая модель взаимосвязанной динамической системы «судно – транспортируемое изделие», функционально ориентированная на определение динамических воздействий на изделие и отличающаяся от существующих учетом в совокупности параметров морского волнения, характеристик судна, конструктивных особенностей средств крепления и транспортируемого изделия РКТ, что позволяет сформировать требования к демпфирующим свойствам средств крепления для каждого транспортируемого объекта;
- созданы новая методика исследования зависимости перегрузок на изделии от параметров стационарного морского волнения и новая методика формирования требований к параметрам амортизирующих элементов для каждого транспортируемого объекта.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
На основе разработанных математических моделей определены уровни воздействий на конкретный объект транспортирования и выработаны рекомендации по снижению воспринимаемых изделием динамических нагрузок. Анализ сравнения расчетов с результатами экспериментальных исследований свидетельствует о работоспособности предложенных моделей и методик.
Полученные результаты позволяют обоснованно подходить к выбору и проектированию технических средств, применяемых в процессе морского транспортирования механических объектов РКТ, а также могут быть использованы при проведении проверочных прочностных расчетах блоков РН и разработке испытательных комплексов для экспериментальных исследований динамических воздействий на механическое оборудование в процессе транспортирования.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-практических и научно-технических конференциях:
- I международной научно-технической конференции имени Д.И.Козлова «Актуальные проблемы ракетно-космической техники», г. Самара, 2009 г.;
- X международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», г. Санкт-Петербург, 2010 г.;
- VI Всероссийской конференции-семинара с международным участием «Научно-техническое творчество: Проблемы и перспективы», г. Сызрань, 2011 г.;
- II международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космической техники» (IIКозловские чтения), г. Самара, 2011 г.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации методики, положения и выводы использованы при разработке технологии транспортирования блоков ракет-носителей «Союз-СТ» в Гвианский космический центр.
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе, 3 работы в изданиях, определенных перечнем ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из72 наименований. Основной текст диссертации изложен на 114 страницах, диссертация содержит 52 рисунка, 10 таблиц.
