Введение к работе
Актуальность темы. Одним из путей повышения эффективности работы авиационных двигателей является снижение материалоемкости узлов агрегатов авиационной техники. Особенно актуально решение этой задачи при проектировании корпусных деталей агрегатов топливной аппаратуры газотурбинных двигателей (ГСД>. Это связано с тем. что многие детали топливных агрегатов являются весьма массивными и обычно имеют излишний запас прочности. В настоящее время проектирование подобных изделий осуществляется путем использования упрощенных расчетных методик, которые не позволяют обосновать с достаточной степенью достоверности более рациональное использование материала. К таким деталям относится корпус плунжерного насоса ГТД. Однако при проектировании корпуса минимального веса необходимо учесть ряд требований, обеспечивающих его работоспособность. К ним относятся условия сохранения статической и динамической прочности и жесткости конструкции, а также отсутствие резонансных явлений в рабочем,-диапозоне частот. Кроме того, корпус насоса представляет собой существенно просранствен-ную конструкцию. Общей методики расчета его статических и динамических характеристик в настоянеє время не существует. Экспериментальная проверка необходимых условий при проектировании корпуса насоса требует больших затрат времени и средств. В связи с этим разработка методики оптимального проектирования корпуса плунжерного насоса ГТД является актуальной задачей.Под оптимизацией в данном случав понимается минимизация веса корпуса при выполнении ограниченна на статическую и динамическую прочность, жесткость и собственные частоты колебаний. Решение этой задачи требует создания эффективных вычислительных алгоритмов и применения современных ЭВМ. Разработка методики оптимального проектирования связана с созданием эффективной математической модели напряженно-деформированного состояния (НДС) корпуса, позволяющей выполнить оценку статической и динамической прочности, а также спектра собственных частот колебаний. Поскольку корпус насоса представляет собой существенно пространственную конструкцию, подверженную действию объемных статических и динамических нагрузок, в основе данной математической модели должно лежать решение объемной динамической задачи теории упругости (ТУ). Выбор рациональных параметров корпуса связан с многократным обращением к расчетной математической модели, поэтому алгоритм решения прямой задачи должен быть достаточно эффективным с точки
- 4 -зрония затрат машинного времени. Создаваемая мотодика, с одной стороны, должна давать рэшэнио технической проблемы проектирования изделия, а с другой - ускорять сам процесс проектирования.
Целью работы является разработка методики оптимального проектирования корпуса плунжерного насоса и применение ее для выбора рациональных параметров реальной конструкции.
Научная новизна работы состоит в разработке эффективного комплексного алгоритма выбора рациональных конструктивных параметров существенно пространственного корпуса плунжерного насоса и реализация его в виде вычислительной программы, которая
изучить напряженно-деформированное состояние корпуса плунжерного насоса с учетом статических и динамических нагрузок при различных конструктивных параметрах;
исследовать влияние размеров и формы корпуса на его жесткость и спектр собственных частот колебаний;
выбрать рациональные параметры конкретного изделия, обеспечивающие минимум его веса, при выполнении основных ограничений.
Практическая ценность заключается в следующем:
- разработан универсальный комплекс программ для расчета дета
лей сложной конфигурации, позволяющий исследовать статическую
прочность, оценивать влияние инерционных нагрузок, определять
значение низшей собственной частоты колебаний исследуемого объ
екта;
получены простые математические модели годконструкций насоса, позволяющие определять рациональные конструктивные параметры, доставляющие минимум веса при сохранении прочности отдельной подконструкции;
даны практические рекомендации по выбору рациональных параметров корпуса плунжерного насоса НС-3048 в целом;
разработанная методика и полученные результаты переданы в ПАКБ;
в приложении работы приведен акт, подтверждающий внедрение полученных результатов в практику проектирования топливных насосов.
Апробация работы. Отдельные части работы и работа в целом доложены: на і и и Уральской научно-технической конференции "Геометрическое моделирование и начертательная геометрия" (г.Пермь, 1987,1988г.г.), на Всероссийской НТК "Математическое моделирование технологических процессов ОВД" (г.Пермь,1990г.), на научном семинаре кафедры математического моделирования Пермского государственного технического университета (1993г), на Меж-
- б -
региональной научно-технической канфоронции "Математическое моделирование систем и явления" (г.Пермь,1994г.)
Публикации. Основные научные результаты, включенные в диссертацию, опубликованы в 7 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения и содержит 138 страниц, в том числе II таблиц и 38 рисунков. Список литературы содержит 107 наименования.
