РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ГАЗОДИНАМІКИ ТА НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ВИРОБІВ З ЦЕЛЬЗІАНОВОЇ КЕРАМІКИ

CALCULATION OF GAS-DYNAMICS PARAMETERS AND STRESS-STRAIN STATE OF CELSIAN CERAMICS PRODUCTS

Анотація

У роботі з використанням методу скінченних елементів проведено аналіз поведінки носових обтічників, виготовлених із радіопрозорих керамічних матеріалів цельзіанового складу. Визначення параметрів газодинаміки та напружено-деформованого стану проводили за допомогою ліцензійного програмного забезпечення ANSYS. Для точного моделювання повітряного потоку обрано модель турбулентності SSG Reynold Stress. Для розрахунків міцності та температурних полів використовували геометричну та скінченно-елементну моделі. Аналіз результатів газодинамічних розрахунків показує, що в місці переходу конічної частини ракети в циліндричну спостерігається різка зміна умов обтікання та зрив потоку в діапазоні швидкостей 100 – 1100 м/с. В результаті моделювання розподілу температурних полів із зазначеною постановкою завдання встановлено, що температура на внутрішній поверхні обтічника відрізняється від температури на зовнішній поверхні в середньому не більше ніж на ±1 °С, а максимальна температура нагріву поверхні не перевищує 550 °С. За результатами розрахунків напружено-деформованого стану за температурних режимів, які імітують умови їх експлуатації, зроблено висновок про те, що в розглянутих умовах еквівалентні (≤ 69,3 МПа) та головні (≤ 40 МПа) напруження, що виникають у носовому обтічнику, не перевищують меж міцності при згині для цельзіанової кераміки (290 МПа). Можна спостерігати, що максимальний температурний перепад за товщиною відповідає частині обтічника з мінімальним радіусом. Переміщення за поверхнею обтічника не перевершують 0,25 мм, що відповідно до заданих параметрів є прийнятним. Параметрична модель надає переваги при обґрунтуванні раціональних технічних рішень. У кінцевому підсумку носовий обтічник, виготовлений з цельзіанової кераміки, зберігатиме свою цілісність в реальних умовах експлуатації.

Ключові слова: радіопрозора цельзіанова кераміка; носовий обтічник; метод скінчених елементів; газодинаміка; теплофізичні розрахунки; міцність; напружено-деформований стан