Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Тепловые двигатели

Диссертационная работа:

Огар Петр Михайлович. Контактные характеристики и герметичность неподвижных стыков пневмогидротопливных систем двигателей летательных аппаратов : ил РГБ ОД 71:98-5/272

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. РОЛЬ РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА КОНТАКТНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК СТЫКА ПРИ ОПТИМАЛЬНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ
ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ СОЕДИНЕНИЙ 11

  1. Общие сведения о герметизирующих соединениях 11

  2. Требования при проектировании ГС и ПГА 19

  3. Многокритериальная постановка проектирования ГС..34 ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ..40

  1. Структурная организация и морфологическое строение неровностей 41

  2. Связь параметров модели шероховатой поверхности

со стандартными параметрами шероховатости 51

  1. Параметры эквивалентной шероховатой поверхности..57

  2. Упрощенная модель шероховатой поверхности. 58

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНТАКТА ШЕРОХОВАТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 65

  1. Обзор методик определения характеристик контакта шероховатых поверхностей 65

  2. Концептуальная модель контакта шероховатой поверхности с полупространством 74

  3. Контакт отдельной неровности 76

  4. Контакт шероховатых поверхностей 92

  5. Анализ взаимного влияния неровностей на характеристики контакта 98

  6. Особые случаи контактирования уплотнительных шероховатых поверхностей 100

  7. Использование упрощенной модели шероховатости....111

  8. Инженерная методика определения характеристик контакта шероховатых поверхностей без учета взаимного влияния неровностей 115

ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ МАССОПЕРЕНОСА ЧЕРЕЗ СТЫК

УШІОТНИТЕЛЬНЬІХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 126

  1. Обзор методов определения герметичности уплотнений 126

  2. Анализ факторов, определяющих массоперенос

через единичный микроканал 145

4.3. Геометрические параметры микроканалов в
уплотнительных стыках 151

  1. Расчет на основе теории случайных функций 151

  2. Расчет на основании дискретной модели 166

  3. Модель стыка с нерегулярной шероховатостью....171

  1. Массоперенос среды через межповерхностную полость 177

  2. Влияние на массоперенос неравномерности распределения контактного давления 187

  3. Порядок расчета утечек через уплотнительный стык189

  4. Нормирование контактных нагрузок, обеспечивающих заданную герметичность 192

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТА
ЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ УС 194

5.1. Влияние вида и качества обработки поверхностей

на герметичность соединений 194

  1. Анализ условий соединения золотников клапанных устройств 197

  2. Перекос уплотнительного кольца в двухконусном соединении 208

  3. Некоторые особенности изнашивания клапанных уплотнений 218

  4. Облитерация уплотнительных стыков 222

ГЛАВА 6. СИНТЕЗ ЗАТВОРОВ ГУ С ЗАДАННЫМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ

СВОЙСТВАМИ 230

6.1. Синтез металлополимерных затворов 230

6.,2. Синтез затворов с уплотнением "металл-металл".... 238 6.3. Перспективные направления при конструировании

уплотнений 264

ГЛАВА 7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ

УШЮТНИТЕШЫХ СТЫКОВ 287

7.1. Исследование герметизирующей способности стыка
при равномерном распределении контактного
давления 288

  1. Методика эксперимента 288

  2. Обсуждение результатов эксперимента 291

7.2. Исследование герметичности клапанных уплотнений..297

  1. Описание экспериментального оборудования 297

  2. Результаты экспериментов и их сравнение

с теоретическими данными 302

7.3. Исследование металлополимерных уплотнительных
стыков 311

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 318

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 325'

Введение к работе:

Совершенствование конструкций аэрокосмической техники тесно связано с оганичением их материало- и энергоемкости, минимизацией запасов прочности их элементов при одновременном росте технико-энергетических характеристик, который обуславливается повышением давлений рабочих сред, расширением температурного диапазона. Это, в свою очередь, требует непрерывного совершенствования всех элементов аэрокосмической техники, в том числе двигателей летательных аппаратов (ДЛА). На первый план в задачах обеспечения нормальной работы ДЛА выходят задачи функциональной надежности, т.е. возможности осуществления всех функций в пределах допустимых оклонений, не приводящих к необратимым последствиям.

Обеспечение функциональной надежности при параметрических отклонениях закладывается еще на стадии проектирования изделий, Одной из важнейших проблем, стоящей в процессе совершенствования ДЛА, решение которой определяет их надежность, является обеспечение надежности изоляции сред, степени герметичности элементов пневмогидротоп-ливных систем (ЇЇГТС). Изоляция сред достигается различного рода уплотнительными соединениями (УС), которые относятся к числу основных элементов ПГТС и других систем оборудования, работающего под давлением, определяющих общий уровень надежности. В аспекте надежности одним из основных свойств УС является герметичность. Например, для авиационной техники, число отказов, связанных с потерей герметичности, составляет до 2/3 числа отказов есєх авиационных систем, а в ракетной технике более половины отказов, связанных с неисправностью двигателей, связано с дефектами уплотнений.

Герметичность стыка деталей УС определяется функциональными параметрами герметизирующих поверхностей и сжимающими напряжениями (контактными давлениями герметизации), обеспечивающими требуемые контактные характеристики (относительную площадь контакта и плотность межповерхностного пространства). К функциональным параметрам

относятся геометрические параметры качества изготовления деталей УС, физико-механические параметры. Контактные давления являются одной из основных характеристик, определяющих габаритно-массовые показатели герметизирующих устройств, их надежность и долговечность, энергоемкость привода. В аэрокосмической промышленности действуют ОСТ I 00128-74 на нормы герметичности изделий и нормативные документы, связывающие ресурс разъемных УС с величиной контактных давлений однако наряду с этим отсутствуют методы определения контактных давлений герметизации УС, учитывающие их зависимость от функциональных параметров герметизирующих поверхностей и норм герметичности.

Современная теория проектирования технических систем предполагает генерирование значительного числа вариантов проектируемого узла для поиска лучших технических решений. Применительно к проектированию УС ДЛА это возможно при математическом описании процесса герметизации, включающего: контактирование шероховатых поверхностей под действием сжимающих напряжений с учетом их функциональных параметров; истечения герметизируемой среды через межповерхностную полость; влияние особенностей эксплуатации. Таким образом, решение перечисленных вопросов составит основу для оптимального проектирования неподвижных УС ДЛА.

В настоящее время для определения контактных характеристик при решении задач герметологии в основном используют дискретную модель шероховатости и теорию контактирования шероховатых поверхностей, разработанную И.В.Крагельским и Н.Б.Демкиным с учениками, и используемую для решения задач трибологии. При этом для описания шероховатой поверхности используется начальная часть кривой опорной поверхности, что соответствует небольшим контактным давлениям, когда в контакт вступают наиболее высокие неровности. Так как контакт уплот-нительных поверхностей ДДА является тяжелонагруженным, то применение такой модели шероховатости и теории контактирования приводит к значительным погрешностям. Для тяжелонагруженного контакта характерна

большая плотность пятен контакта и в значительной мере на определение контактных характеристик оказывает взаимное влияние неровностей. Поэтому, для описания тяжелонагруженного контакта требуется модель шероховатой поверхности, адекватно описывающая реальную поверхность, и соответствующая всей опорной кривой, а не только ее начальной части.

Представляя стык, как пористое тело, для расчета величины утечки, в настоящее время широко используют закон Дарси для фильтрации газа. Однако, при этом не учитывается важная особенность уплотнитель-ного стыка в отличие от объемного пористого тела - он образован в результате контакта двух поверхностей. Поэтому с ростом нагрузки отдельные пятна контакта неровностей могут сливаться, образуя изолированные объемы. При этом число эффективных каналов, по которым происходит утечка, с ростом нагрузки уменьшается, и может наступить момент, когда пятна контакта образуют непрерывный контакт по периметру уплотнения.

Кроме того, при расчетах величины утечки используется модель идеального газа, что приводит к большим погрешностям, особенно при повышенных давлениях среды.

Таким образом, цель работы - повышение надежности ДЛА путем разработки методов расчета контактных характеристик, обеспечивающих заданную герметичность неподвижных стыков соединений и клапанных уплотнений систем ДЛА с учетом комплекса функциональных параметров уплотнительных поверхностей и конструктивно-технологических факторов при минимизации массоэнергетических характеристик конструкции.

Реализация цели связана с решением следующих вопросов: моделирования шероховатых поверхностей, адекватно описывающих реальную поверхность; контактного взаимодействия тяжелонагруженных шероховатых поверхностей с учетом взаимного влияния неровностей при разных видах контакта; истечения среды через межповерхностную полость с

учетом числа эффективных микроканалов, их извилистости и свойств реальных газов; воздействия различных конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов.

На защиту выносится следующее:

  1. Математическое моделирование шероховатых поверхностей; связь параметров модели со стандартными параметрами шероховатости; упрощенная модель шероховатой поверхности.

  2. Концептуальная модель контакта шероховатой поверхности с упругопластическим полупространством; контактирование шероховатых поверхностей; особые случаи контактирования шероховатых поверхностей; инженерная методика определения характеристик контакта без учета взаимного влияния неровностей.

  3. Определение геометрических параметров микроканалов на основании теории случайных функций и дискретной модели шероховатости; моделирование массопереноса для поверхностей с регулярной шероховатостью; массоперенос среды через межповерхностную полость; влияние распределения контактного давления на герметичность; порядок расчета герметичности соединений.

  4. Исследование влияния конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов на герметичность УС: вида и качества обработки герметизирующих поверхностей; отклонений от расчетных схем различного нагружения золотников клапанных устройств; перекоса уп-лотнительного кольца в двухконусном соединении; облитерации уплот-нительных стыков.

  5. Методика синтеза герметизирующих устройств (ГУ) с заданными эксплуатационными свойствами: металлополимерных затворов; затворов с уплотнением "металл-металл".

  6. Методика и средства экспериментальных исследований с целью уточнения результатов аналитических исследований.

Научной новизной обладают следующие результаты, полученные в

диссертации:

  1. Математическая модель шероховатой поверхности, учитывающая двухмерное распределение вершин и впадин неровностей по всей высоте шероховатого слоя, а также распределение их кривизны; связь параметров модели со стандартными параметрами шероховатости, которые являются исходными для модельного представления шероховатой поверхности.

  2. Концептуальная модель контактирования шероховатых поверхностей, учитывающая зарождение пластических деформаций на некоторой глубине под площадкой контакта, выход пластических деформаций на поверхность, перекрытие пластических областей, объемное пластическое течение. При этом: контакт отдельной неровности рассмотрен с учетом взаимного влияния неровностей при всех видах контакта - упругом, упру-гопластическом и жесткопластическом; согласно принятым допущениям, повторный контакт рассматривается как упругий, с той же нагрузкой, что позволило решить упругопластическую задачу; контактное взаимодействие поверхностей рассмотрено с учетом распределения вершин и впадин неровностей и их кривизны; учтено влияние поверхностно-молекулярных сил и особенностей контакта полимерных поверхностей.

  3. Методы расчета герметизирующей способности с использованием безразмерного коэффициента сопротивления, для определения которого учитываются: контактные характеристики - относительная площадь контакта и плотность зазоров, полученные с учетом взаимного влияния неровностей; доля эффективных микроканалов и их извилистость; распределение контактного давления по периметру и ширине зоны уплотнения.

  4. Методы оценки влияния конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов, производящиеся с позиций предложенных теорий контактного взаимодействия и массопереноса через уплотнительный стык, и их нормирование.

  5. Синтез затворов герметизирующих устройств с заданными эксплуатационными свойствами, который рассмотрен в: многокритериальной

постановке; принципы снижения материало- и энергоемкости конструкций уплотнений для ДЛА, обеспечивающих заданную герметичность.

Работа предназначена для создания на базе проведенных теоретических и экспериментальных исследований современных методов расчета контактных характеристик и герметичности, повышающих надежность неподвижных уплотнительных соединений и клапанных уплотнений систем ДЛА на этапе их проектирования.

Подобные работы
Кох Андрей Иосифович
Разработка методов испытания и моделирования рабочих процессов впускной системы двухтактных двигателей летательных аппаратов
Надирадзе Андрей Борисович
Прогнозирование воздействия струй электроракетных двигателей на элементы и системы космических летательных аппаратов
Геллер Павел Александрович
Низкотемпературные установки для термообработки деталей двигателей летательных аппаратов
Клюева Ольга Геннадьевна
Разработка унифицированных компактных пластинчато-ребристых теплообменных аппаратов для жидкостных ракетных двигателей
Павлов Александр Анатольевич
Совершенствование гидродинамики течения жидкости в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания с целью улучшения температурного состояния теплонапряженных деталей
Лобынцев Юрий Иванович
Теоретические основы рациональной организации процессов подачи топлива и воздуха карбюраторными системами автомобильных двигателей
Карпов Максим Анатольевич
Оценка влияния переменности инерционных характеристик силового агрегата на параметры колебательной системы двигатель-подвеска
Биктимиров Радик Ленарович
Унифицированное математическое и программное обеспечение автоматизированной системы испытаний двигателей внутреннего сгорания
Чернов Владимир Владимирович
Применение ресивера - накопителя воздуха высокого давления в системе наддува автомобильных двигателей внутреннего сгорания
Филин Сергей Вячеславович
Повышение эффективности функционирования системы двухтактный двигатель-потребитель мощности за счет рационального определения конструктивных параметров

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net