Диссертации и авторефераты Украины
Перейти на каталог
Каталог авторефератов

Я ищу:
Диссертация / Автореферат

По вопросу доставки диссертации по этой теме пишите на электронный адрес: info@disser.com.ua
Тема автореферата диссертации: Метод розрахункового та експериментального визначення вигляду снаряда спеціального призначення із заданими аеродинамічними властивостями 2005 года.
Источник: Автореф. дис... канд. техн. наук: 05.07.01 / О.В. Коломійцев; Нац. аерокосм. ун-т ім. М.Є.Жуковського "Харк. авіац. ін-т". — Х., 2005. — 21 с. — укp.
Аннотация: Запропоновано технологію розробки некерованого неопереного літального апарату (снаряд) з максимальною щільністю компоновки, який обертається навколо своєї повздовжньої вісі. Розроблена технологія базується на загальних аеродинамічних підходах та уявленнях та передбачає числове моделювання різноманітних режимів просторового обтікання снаряда довільної форми з урахуванням оберту та процесії, тобто факторів вільного польоту літального апарата з метою визначення коефіцієнтів опору. Наведено методи та засоби верифікації результатів числового аеродинамічного експерименту за умов аеробалістичної траси. Створено методику визначення емпіричних залежностей, що мають використовуватися для проектування літальних апаратів малого розміру (снарядів) спеціальної та загальної форми. Відзначено, що запропонована технологія дає змогу розробляти малорозмірні аеробалістичні літальні апарати з пасивною траєкторією руху у повітрі з заданими аеродинамічними властивостями та дозволяє значно зменшити вартість та скоротити терміни проведення досліджень, а також розвинути уявлення про процеси обтікання об'єкта проектування завдяки частковій, або повній заміні натурних випробувань числовим аеродинамічним експериментом.

Текст работы:


НАЦІОНАЛЬНИЙ АЕРОКОСМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ім. М.Є. ЖУКОВСЬКОГО

"ХАРКІВСЬКИЙ АВІАЦІЙНИЙ ІНСТИТУТ"




КОЛОМІЙЦЕВ Олександр Вікторович





УДК 533.6.013:533.665



МЕТОД РОЗРАХУНКОВОГО ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ВИЗНАЧЕННЯ ВИГЛЯДУ СНАРЯДА СПЕЦІАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ ІЗ ЗАДАНИМИ АЕРОДИНАМІЧНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ



Спеціальність 05.07.01 аеродинаміка та газодинаміка літальних апаратів


Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук








Харків 2005


Дисертацією є рукопис.


Робота виконана в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського Харківський авіаційний інститут.


Науковий керівник:

АМБРОЖЕВИЧ Олександр Володимирович,

доктор технічних наук, старший науковий співробітник, професор кафедри ракетних двигунів Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського ХАІ, м. Харків.

Офіційні опоненти:

КРАШАНИЦЯ Юрій Олександрович,

доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри аерогідродинаміки Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського ХАІ, м. Харків;


КОВТОНЮК Ігор Борисович,

кандидат технічних наук, доцент кафедри аеродинаміки та динаміки польоту Харківського університету повітряних сил Міністерства оборони України, м. Харків.


Провідна установа:

Дніпропетровський національний університет Міністерства освіти і науки України, м. Дніпропетровськ.


Захист відбудеться 10 червня 2005 р. о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.062.02 у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського ХАІ за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17, ауд. 307 головного корпуса.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського ХАІ за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17.


Автореферат розісланий 29 квітня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д64.062.02,

кандидат технічних наук, доцент

__________________________   Базима Л.О.


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ


Актуальність теми. Снаряд належить до класу некерованих, безкрилих літальних апаратів із максимальною щільністю компоновки та траєкторією польоту в атмосфері. Він являє собою тіло обертання, форма якого залежить від призначення та умов застосування.

Серед даної категорії літальних апаратів особливе місце займають балістичні снаряди з настильними траєкторіями, стабілізація яких у польоті здійснюється за рахунок оберту навколо своєї поздовжньої осі.

Створення нового виду снаряда нерозривно пов'язане з вирішенням ряду задач, обумовлених особливостями його руху та застосування. У більшості випадків рух подібних літальних апаратів розглядається у вигляді ряду послідовних фаз. Для снарядів з настильними траєкторіями польоту розглядаються три основні фази руху.

Початкова, активна, фаза руху снаряда є найкоротшою за часом, характеризується високими значеннями фізичних параметрів потоку газів, що діють на снаряд і надають йому поступальний та обертовий рух. На цьому етапі виникає необхідність вирішення газодинамічної задачі, яка зводиться до визначення стану осісиметричного газового потоку залежно від розмірів і форми каналу розгінного пристрою, що забезпечує активну стадію руху снаряда. Під час проведення відповідних досліджень основне значення мають його масогабаритні та динамічні характеристики.

Друга, основна, фаза є найтривалішою за часом, відбувається у щільних шарах атмосфери і впливає на область практичного використання розробленого зразка. Поводження снаряда на траєкторії являє собою аеродинамічну задачу, яка складається з ряду окремих підзадач, для вирішення яких необхідний комплексний підхід з урахуванням всіх вимог, поставлених до об'єкта розробки. Результатом цього є визначення раціональної форми снаряда.

Третя фаза траєкторії снаряда здійснюється в середовищах, що мають або змінну, або постійну щільність, значення якої в багато разів перевищує даний показник для повітряного середовища. Вирішення відповідних задач проектування засноване на експериментальних методах і застосуванні емпіричних залежностей, що є результатом статистичної обробки великого масиву експериментального матеріалу.

Виходячи із цього, очевидно, що для створення нового виду снаряда домінуюче значення має процес його аеродинамічного проектування, тому що в остаточному підсумку отримані результати впливають не тільки на фази руху снаряда, його вигляд і характеристики, але й на всю концепцію проектування в цілому. Традиційно, значна частка в НДР по створенню снарядів приділяється експериментальним дослідженням.

Викладене вище повною мірою відноситься і до завдань створення нового виду снаряда для боєприпасів стрілецької зброї, який має обмежену дистанцію гарантованого виводу з ладу цілі. Основою концепції його застосування є збереження надзвукової швидкості польоту в межах ефективної дистанції стрільби з наступним різким падінням її значення в міру збільшення відстані від дульного зрізу зброї. Головним засобом розробки такого снаряда із заданими властивостями є аеродинамічне проектування, що складається з теоретичних і експериментальних досліджень. Застосування більш прогресивних методів аеродинаміки дозволяє одержати дані про характер зміни аеродинамічних характеристик снаряда такого виду, більш точно розрахувати траєкторію його польоту і відмовитися від громіздких методів і таблиць допоміжних функцій законів опору повітря традиційних методів, що раніше застосовувалися для цієї мети.

Це має актуальне значення, оскільки вказані методи проектування в основному розроблені для снарядів класичної форми і не відображають особливостей обтікання поверхонь снарядів інших форм, що позначається на достовірності отриманих результатів досліджень.

Основою теоретичних аеродинамічних досліджень є чисельне моделювання газодинамічних процесів обтікання, що дозволяє не тільки досліджувати характеристики снаряда, але й знизити витрати на його створення за рахунок заміни натурних досліджень розрахунковими. У цьому випадку натурні випробування проводяться на заключному етапі проектування з метою перевірки результатів теоретичних досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є частиною комплексних досліджень і НДР, проведених у лабораторії судових балістичних і вибухотехнічних досліджень Харківського науково-дослідного інституту судових експертиз ім. Засл. професора М.С. Бокаріуса, по темі Криміналістичне дослідження тактико-технічних і балістичних характеристик нових патронів до нарізної та гладкоствольної зброї з метою вирішення діагностичних і класифікаційних завдань (номер державної реєстрації 0100U000325, шифр II.3.Д8-200, УДК. 343.977.008.4), відповідно до тематичного плану НДР науково-дослідних установ судових експертиз Міністерства юстиції України.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертації є розробка методу визначення вигляду снаряда спеціального призначення із заданими аеродинамічними властивостями та обмеженнями. Снаряд повинен зберігати високе значення кінетичної енергії в межах ефективної дистанції стрільби і забезпечувати значне зниження кінетичної енергії при збільшенні відстані польоту. При цьому варіювання геометричними параметрами снаряда обмежено розмірами вихідного комплексу боєприпас зброя.

Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі сформульовані та вирішені наступні задачі:

встановлення вигляду експериментального снаряда при відомих обмеженнях; він являє собою тіло обертання, що складається з увігнутої оживальної головної частини та циліндричної ведучої частини із внутрішньою порожниною, яка розташована в його донній частині (по типу снаряда THV (TRES HAUTE VITESSE дуже висока швидкість) виробництва французької фірми SFM);

визначення тактико-технічних характеристик експериментальних снарядів з увігнутою оживальною головною частиною;

чисельного моделювання газодинамічних процесів обтікання стисненим в'язким потоком повітря поверхні спеціального снаряда в широкому діапазоні швидкостей; визначення впливу окремих конструктивних елементів снаряда на величину його коефіцієнта сили лобового опору;

дослідження впливу обертання снаряда на величину його коефіцієнта сили лобового опору;

експериментального дослідження характеру зміни аеродинамічних характеристик (коефіцієнта сили лобового опору) спеціального снаряда при трансзвукових та надзвукових швидкостях польоту;

визначення параметрів (швидкості та тиску) осісиметричного газового потоку в каналі конкретного розгінного пристрою під час активної стадії руху експериментального снаряда;

визначення параметрів траєкторії руху експериментального снаряда з урахуванням встановленого закону зміни коефіцієнта опору, що дозволило встановити область його застосування та розробити рекомендації з використання.

Об'єктом дослідження є літальний апарат (снаряд), що являє собою тіло обертання з увігнутою оживальною головною частиною та циліндричною ведучою частиною, що рухається у повітряному середовищі при швидкостях польоту М=0,7...3…3,0 і стабілізується за рахунок обертання навколо своєї поздовжньої осі.

Предметом дослідження є аеродинамічні властивості літального апарата, які визначають його вигляд у класі снарядів з увігнутою оживальною формою головної частини, що обертаються навколо своєї поздовжньої осі і призначені для спорядження боєприпасів з обмеженою дистанцією стрільби та гарантують зниження значення кінетичної енергії вже в межах початкового відрізку траєкторії польоту.

Методи дослідження. Чисельне моделювання процесу зовнішнього обтікання стисненим в'язким потоком поверхні снаряда проводилося за допомогою методу кінцевих об'ємів. Експериментальні дослідження характеру зміни коефіцієнта сили лобового опору снаряда проводилося за допомогою прямого динамічного методу дослідження аеродинамічних параметрів тіл обертання в умовах аеробалістичної траси. Теоретичні дослідження динамічних характеристик снаряда проводилися на базі основного методу розрахунку масово-габаритних параметрів снарядів. Крім того, на активному відрізку руху снаряда використалися спрощений метод вирішення основної задачі газової динаміки професора Н.Ф. Дроздова і різницевий метод чисельного інтегрування при визначенні параметрів траєкторії руху снаряда в атмосфері. Аеродинамічні дослідження проводилися в надзвуковій аеродинамічній трубі.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у тому, що вперше запропонована технологія розробки некерованого неопереного літального апарата з максимальною щільністю компоновки (снаряда), який обертається навколо своєї повздовжньої осі. Вона базується на загальних аеродинамічних підходах та уявленнях і до її складу входять:

чисельне моделювання різноманітних режимів просторового обтікання снаряда довільної форми з урахуванням оберту та процесії, тобто факторів вільного польоту літального апарата, з метою визначення коефіцієнтів опору;

методи та засоби верифікації результатів чисельного аеродинамічного експерименту в умовах аеробалістичної траси;

основану на перерахованих вище пунктах методику визначення емпіричних залежностей, які призначені для проектування літальних апаратів малого розміру (снарядів) спеціальної та загальної форми.

Вказана технологія дозволяє, на відміну від існуючих аналогів, основаних на використанні балістичних методів з випливаючими з цього обмеженнями на форму снарядів, розробляти малорозмірні аеробалістичні літальні апарати з пасивною траєкторією руху у повітрі з нап