Файлы и графическое представление результатов расчетов
В результате работы программы vozdstart создаются следующие основные файлы:
- rezinf.txt с основными числовыми результатами расчета. Файл, соответствующий файлу исходных данных ish.inf из Приложения 1 (см.
вариант 1 в подразд. 4.2), приведен в Приложении 2;- rez.txt с временными зависимостями параметров, характеризующих процесс катапультирования;
- rezfverh.txt с временными зависимостями параметров, характеризующих процесс торможения;
- sbros4.txt с табличной зависимостью проходного сечения расточки в тормозном цилиндре от координаты подвижных частей (при расчете с подбором проходного сечения).
Для построения графиков по результатам расчетов используется специальная программа vozdst_graph. Она должна располагаться в одном каталоге с файлами результатов. Запуск возможен только в случае, если программа Vozdstart, а также другие копии программы vozdst_graph закончили работу. После запуска открывается меню диалога (рис. 7.2).
Рис. 7.2. Общий вид меню для построения графиков 154
В правой части меню расположена кнопка Quit (выход из программы). При ее нажатии на экран выводится запрос Program Terminated with exit code 0. Exit Window? После нажатия на кнопку Yes окно закрывается.
Включенное состояние переключателя Full range of time (полный диапазон времени) показывает, что графики будут строиться в диапазоне времени от нуля (начало горения первого воспламенителя) до момента окончания или прекращения расчета. При выключенном переключателе становятся доступными для изменения поля Minimum time и Maximum time, задающие нижнюю и верхнюю границу диапазона времени, в котором строятся графики.
Каждая из кнопок в левой части меню задает набор графиков для построения. Используются следующие обозначения: pgg1, pgg2 - давления в камерах первого и второго ГГ; р3, p4, р5 - давления в рабочих цилиндрах, камере торможения и коллекторе под тормозным поршнем; axobj - ускорение РКН; Rxkat - усилие, создаваемое катапультой; xkat - перемещение подвижных частей катапульты (до отделения РКН оно совпадает с перемещением РКН); Tggl, Tgg2, T3, T4 - температуры газа в первой и второй камерах ГГ, цилиндре и тормозной камере; Ggor1, Ggor2 - газоприход от горения зарядов в первой и второй камерах ГГ; Ggg3sum - суммарный расход газа в оба цилиндра; Ѳ13тр - идеальный суммарный расход в цилиндры, соответствующий равноускоренному разгону РКН с предельно допустимым ускорением; G3v - расход газа через окна сброса в верхней части цилиндров; G45 - расход через зазор и проточку из тормозной камеры в выхлопной коллектор; G5v - расход из коллектора в окружающую среду; Vxobj, Vxkat - скорости РКН и подвижных частей катапульты; xobj - перемещение РКН; Rpu - суммарное усилие, создаваемое цилиндрами (усилие катапульты без учета сил трения РКН о направляющие); xb1, xb2 - толщины сгоревшего слоя зарядов первого и второго ГГ; ubl, ub2 - скорости горения зарядов первого и второго ГГ; Fbl, Fb2 - поверхности горения зарядов первого и второго ГГ; tstcyln, tstcylv - температуры наружной и внутренней поверхностей цилиндра на разных высотах; tstshtn - температуры поверхности штока на разных высотах; F4v - проходное сечение, соединяющее камеру торможения с нижним коллектором (с учетом зазора); Mk*Akat - сила инерции подвижных частей катапульты, Rtorm - усилие механического тормоза; dxtorm - относительная координата подвижных частей катапульты (за ноль принимается положение пробоя).
В обозначениях на кнопках приняты следующие умолчания: графики параметров, разделенных запятыми, строятся на одном поле. Группы параметров, разделенных точками с запятой, отображаются на разных полях одни под другими. В конце обозначения каждой кнопки в скобках отображается аргумент - параметр, от которого строится зависимость. После нажатия кнопки (щелчок левой кнопкой мыши) на экране (в полный экран) отображаются графики. Иногда при работе в Windows XP нижнюю часть нижнего графика скрывает панель задач. Устранить этот дефект можно, несколько раз нажав «Alt-Tab» (переключение в любое другое открытое окно и обратно). При необходимости сохранить изображение нужно нажать «Print Scm», после чего образ экрана помещается в буфер обмена и может быть вставлен как растровое изображение в документы различного типа. Если необходимо сохранить несколько листов с разными графиками, нужно держать одновременно открытыми программу vozdst_graph.exe и программу- редактор документа (например, Microsoft Word) и, переключаясь между ними клавишами «Alt-Tab», выполнить эти операции нужное число раз. Для выхода из просмотра данного листа графиков в меню диалога необходимо нажать клавишу на клавиатуре (например «Enter», пробел, цифровую, алфавитную или функциональную). Нажатие клавиши «Esc» или щелчок мыши приводит к переходу из полноэкранного в оконный режим. Для возврата в полноэкранный режим необходимо нажать «Alt-Enter».
Графики, помещенные на одном поле, различаются цветами линий. Между порядком, в котором параметры перечисляются в обозначении около верхнего конца оси ординат, и цветом линий соответствующих параметров устанавливается следующая связь:
| № параметра | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| Цвет | чер ный | си ний | светло зеленый | крас ный | голу бой | фиоле товый | жел тый | светло- фиолето вый | темно синий |
В Приложении 3 приводятся графики изменения параметров для варианта 1 (см.
подразд. 4.1). Каждый рисунок соответствует одному из пунктов меню на рис. 7.2. Например, на рис. П.1 приведены графики давлений в камерах газогенераторов (pggl, pgg2), цилиндре, тормозной камере и выхлопном коллекторе (p3, p4, p5), ускорения РКН (axobj) и суммарного усилия катапульты (Rxkat) от перемещения ее подвижных частей.Рассмотрим особенности процесса катапультирования по графикам.
На рис. П.1-2 показано изменение давления в камерах ГГ первой и второй ступени. По команде начинается горение воспламенителя 1-го ГГ. По достижении давления 5 атм в выходном сопле ГГ разрывается мембрана. При достижении давления устойчивого горения (50 атм) начинается горение основного заряда. Кратковременное снижение давления при t ~ 0,03 с связано с тем, что на этой стадии давление в трубопроводе и рабочих цилиндрах значительно меньше, чем в ГГ. Газоприход от горения основного заряда меньше, чем в конце горения воспламенителя, и расход истечения через выходное отверстие ГГ превышает газоприход. Вследствие геометрической прогрессивности заряда поверхность горения, а следовательно, и газоприход постепенно возрастают и при t > 0,03 c давление начинает расти. Отметим, что падение его до величины £срг[рг| приводит к срыву горения. Поэтому при проектировании ГГ обычно пытаются исключить или уменьшить провал давления. Для этого можно, например, уменьшить критическое сечение ГГ, однако это приведёт к увеличению давления в ГГ в конце его работы.
Примерно через t = 0,27 с после начала горения воспламенителя 1-го ГГ начинает гореть воспламенитель 2-го. При достижении давления устойчивого горения начинается горение основного заряда. После того, как давление во 2-м ГГ на 5 атм превысит давление в трубопроводе, произойдет прорыв заглушки 2-го ГГ и газ из него начнет поступать в трубопровод. Примерно в это же время происходит полное выгорание заряда в 1-м ГГ, т.е. газ поступает в рабочий цилиндр без значительных скачков или провалов.
В процессе работы давление в 1-м ГГ растёт, а во 2-м практически постоянно.
Это связано с тем, что диаметр критического сечения 1-го ГГ сравнительно небольшой и между ним и трубопроводом имеется значительный перепад давления. С ростом расхода этот перепад, а значит, и давление в ГГ возрастают. Выходное отверстие 2-го ГГ настолько велико, что не создает существенного перепада давления, т.е. давление в ГГ практически равно давлению в трубопроводе и цилиндре.Давление в рабочей камере цилиндра желательно поддерживать близким к постоянному для того, чтобы обеспечить режим разгона РКН, близкий к равноускоренному, что реализуется в данном варианте (рис. П. 1). До торможения давления в цилиндре (P3) и камере торможения (P4) практически равны. С момента начала торможения происходит резкое увеличение Р4, связанное с перекрытием каналов, соединяющих объёмы 3 и 4, и движением тормозного поршня. Также возрастает величина Р5: в коллектор через байпасную проточку начинает поступать газ из объёма 4.
На рис. П.1, П.2 и П.12 показано изменение ускорения РКН. После того, как сила давления и проекция силы тяжести превысят силу удержания в замково-стопорном устройстве, РКН начинает двигаться. При торможении под действием положительной проекции силы тяжести и силы трения РКН отделяется от траверсы и начинает двигаться самостоятельно.
На рис. П.1 показано изменение параметров в зависимости от пути. Такое представление позволяет лучше понять, насколько эффективно катапультирование, поскольку из закона сохранения энергии квадрат скорости катапультирования равен удвоенной площади под графиком а(х). В данном случае эта площадь близка к предельной (площади прямоугольника высотой [аркн] и длиной Lx).
На рис. П.8 изображена зависимость температур внутренней и наружной стенок цилиндра во времени. Изменение температуры внутренней стенки определяется двумя процессами: теплоотдачей и теплопроводностью стенки. Теплоотдача определяется не только температурой газа, но и скоростью, которая в свою очередь пропорциональная газоприходу. Поскольку газоприход при равноускоренном катапультировании возрастает по линейному закону, то и изменение температуры близко к линейному.
При этом на начальной стадии большая часть поверхности цилиндра находится над поршнем, т.е. вне воздействия горячих газов. По мере подъема поршня новые участки поверхности начинают греться (линии на графике соответствуют точкам, расположенным на одинаковых расстояниях друг от друга). Отметим, что в районе входных отверстий скорости газа, а значит, и тепловые потоки выше, чем в верхней части цилиндра. После выгорания заряда теплопроводность превалирует над теплоотдачей и температура начинает падать. Наружная стенка за время работы привода практически не успевает прогреться.Аналогичные графики для поверхности штока показаны на рис. П.9. В отличие от цилиндра сечения штока последовательно проходят зону максимального теплового воздействия (в районе входных отверстий). Поэтому температуры разных точек в конечном счете оказываются близкими.
На рис. П.10 показано изменение площади зазора между стенкой тормозной камеры и тормозным поршнем. Минимальный достижимый зазор соответствует площади 2 см2. По оси абсцисс откладывается путь подвижных частей катапульты, причем за ноль принимается положение пробоя тормозного поршня. Начальная точка (dxtorm = - htorm = - 36 мм) соответствует началу торможения. При dxtorm = - 29 мм давление в тормозной камере достигает предельного значения 21,5 МПа и нижняя поверхность скользящего поршня проходит нижний край профилированной выточки. Сечение подбирается таким образом, чтобы поддерживать давление в камере практически постоянным. По данному графику строится профилированный зазор на чертеже катапульты. При dxtorm ~ - 10 мм происходит остановка катапульты. При этом механический тормоз не вступает в работу (он используется для страховки от пробоя в нерасчетных режимах).
По рис. П.10 и П.16 можно проследить изменение давлений в рабочей и тормозной камерах цилиндра, а также в объёме под тормозной камерой (эти давления влияют на ускорение подвижных частей катапульты) на пути торможения. Давление в тормозной камере (черная линия) до момента прохождения тормозным поршнем нижней кромки профилированных проточек увеличивается, так как этот объем быстро уменьшается.
После прохождения нижней кромки это давление становится постоянным, а давление в выхлопном коллекторе (под тормозным поршнем) возрастает. Среднее давление в рабочей камере (синяя линия) медленно падает вследствие истечения газа через верхние окна сброса. После того как зазор между тормозным поршнем и стенкой вновь станет минимальным, истечение газа начинает превалировать над уменьшением объема тормозной камеры и давление в ней падает.Ниже на этих же рисунках показано изменение сил, действующих на подвижные части катапульты при торможении: силы давления RP (включает в себя давление на рабочий поршень в рабочей камере 3, а также давление на тормозной поршень со стороны камер 4 и 5 с расчетом на два цилиндра), усилия, создаваемого механическим тормозом Лторм, и силы инерции подвижных частей катапульты ткат2-акат. До начала работы механического тормоза первая и третья силы равны. Сила давления считается отрицательной, так как она тормозит подвижные части катапульты, а сила механического тормоза - положительной (условно). Параметры системы торможения целесообразно подбирать так, чтобы усилие торможения было по возможности ближе к значению силы, действующей при разгоне, но не превысило её.
График изменения скорости подвижных частей (рис. П.16) показывает, что при торможении скорость падает по закону, близкому к равнозамедленному движению, что свидетельствует об эффективности торможения.