Дослідження напруженно-деформованного стану витискных діафрагм

Abstract

Метою цього дослідження був розгляд процесу вивертання витискної діафрагми паливного бака рідинного ракетного двигуна. Крім того, нашим завданням було проаналізувати напружено-деформований стан вивернутої діафрагми, визначити перепад тиску, при якому здійснюється повна викладка, а також оцінити ефективність бака з точки зору витисненого об'єму компонента палива. Були розглянуті роботи інших авторів у галузі дослідження витискних діафрагм і зроблено висновок про недосконалість існуючих підходів. Дослідження напружено-деформованого стану здійснювалося за допомогою сучасного найбільш поширеного і досить універсального методу аналізу – методу кінцевих елементів. Кінцево-елементна модель, що дозволяє визначити напружено-деформований стан, була побудована з використанням програмного комплексу ANSYS (ANSYS Inc.). Оцінка обсягу невитисненого компонента палива здійснювалася по імпортованій в CAD-середовище геометрії здеформованої конструкції бака, що дозволило більш точно визначити цей параметр.

Целью настоящего исследования являлось рассмотрение процесса выворачивания вытеснительной диафрагмы топливного бака жидкостного ракетного двигателя. Кроме того, нашей задачей было проанализировать напряжённодеформированное состояние вывернутой наизнанку диафрагмы, определить перепад давления, при котором осуществляется полная выкладка, а также оценить эффективность бака с точки зрения вытесненного объема компонента топлива. Были рассмотрены работы других авторов в области исследования вытеснительных диафрагм и сделан вывод о несовершенстве предыдущих подходов. Исследование напряжённо-деформированного состояния осуществлялось при помощи современного наиболее распространённого и достаточно универсального метода анализа – метода конечных элементов. Конечноэлементная модель, позволяющая определить напряженно-деформированное состояние, была построена с использованием программного комплекса ANSYS (ANSYS Inc.). Оценка объёма невытесненного компонента топлива осуществлялась по импортированной в CADсреду деформированной геометрии конструкции бака, что позволило более точно определить этот параметр.

The objective of this study was to consider the process of everting the expulsion diaphragms used for propellant tanks of liquid-propellant propulsion systems. In addition, our task was to analyze stress-strain state of a diaphragm everted, to determine a pressure difference that provides diaphragm turning into its final position, and to evaluate the volume of nonexpulsed propellant. Some previously conducted researches concerning expulsion diaphragms were considered; and we came to the conclusion that the approaches used for these researches were imperfect. Stress-strain state was studied using the finite-element method that is the most-used and sufficiently versatile. The finite-element model for studying the stress-strain state was made with the use of ANSYS software package (ANSYS Inc.). The volume of nonexpulsed propellant was estimated by the geometry of a deformed tank structure imported into CAD environment, which provided determination of this parameter with a higher accuracy.