Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2024
Идентификатор DOI: 10.31772/2712-8970-2024-25-2-223-232
Ключевые слова: diaphragm separator, finite element modeling, Axisymmetric finite element, MSC Nastran, диафрагма-разделитель, конечно-элементное моделирование, осесимметричный конечный элемент
Аннотация: A relevant area of theoretical and practical research in the field of rocket science is ensuring the uninterrupted and reliable operation for liquid rocket engines. Reliable operation and engine start in zero gravity is impossible without guaranteed separation of the liquid and gas phases in the fuel tank. This problem is solved byПоказать полностьюthe introduction of metallic reversible diaphragm separators. The eversion process research for the metal diaphragm separators allows you to design them for fuel tanks of various sizes and shapes according to the specified parameters of the displacement of the component. This is an actual object of research. The known mathematical dependencies do not have sufficient accuracy and correspondence to experimental results. To improve the quality of design when using any deformation-energy approach, it is necessary to increase the accuracy of determining the boundaries for plastic deformation zone of diaphragms at various stages of eversion. Clarification of the boundaries for this zone is possible using modern computer modeling tools. The article provides a descriptions and simulation result for metal diaphragms with different geometric parameters, loaded with uniform pressure, taking into account the plastic material properties in the MSC NASTRAN software package. As a result of the work, a refined zone of plastic deformation for fuel tanks metal eversible diaphragms was determined. We have introduced new angles to describe this zone. The dependences for these angles on the angle of the torus region, independent of the geometric parameters of the diaphragm, were obtained. We also identified the conditions under which the use of the energy principle equation is inappropriate due to the presence of membrane stresses. Актуальным направлением теоретических и практических исследований в области ракетостроения является обеспечение бесперебойной и надежной работы жидкостных ракетных двигателей. Надежная работа и запуск двигателя в условиях невесомости невозможны без гарантированного разделения жидкой и газовой фазы в топливном баке. Для решения данной задачи применяются металлические выворачивающиеся диафрагмы-разделители. Исследование процесса выворачивания металлических диафрагм-разделителей позволяет проектировать их для топливных баков различного размера и формы по заданным параметрам вытеснения компонента и является актуальным объектом исследования. Известные математические зависимости не обладают достаточной точностью и соответствием результатам экспериментов. Для повышения качества проектирования при использовании любого деформационно-энергетического подхода необходимо повысить точность определения границ зоны пластического деформирования диафрагм на различных этапах выворачивания. Уточнение границ этой зоны возможно при использовании современных средств компьютерного моделирования. Приведено описание и результат моделирования металлических диафрагм с различными геометрическими параметрами, нагруженных равномерным давлением, с учетом пластических свойств материала в программном комплексе MSC NASTRAN. В результате работы определена уточненная зона пластических деформаций металлических выворачивающихся диафрагм топливных баков. Введены новые углы, описывающие эту зону. Получены зависимости этих углов от угла торовой области, не зависящие от геометрических параметров диафрагмы. Выявлены условия, при которых использование уравнения энергетического принципа нецелесообразно из-за наличия мембранных напряжений.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал
Выпуск журнала: Т.25, №2
Номера страниц: 223-232
ISSN журнала: 27128970
Место издания: Красноярск
Издатель: Сибирский государственный университет науки и технологий им. акад. М.Ф. Решетнева