Исследование динамики ракеты при ее выходе из пусковой шахты при работающем двигателе

Сетка для схемы изображенной на рис.4.1 создавалась в специализированном сеточном генераторе ICEM CFD компании ANSYS. Для быстроты построения сетки были использованы тетраэдрические ячейки (рис.4.2). Но, несмотря на быстроту построения этот метод обладает плохой сходимостью при расчете и снижает скорость самого расчета.

Рисунок 4.2. Тетраэдрическая сетка

· Подготовка решателя расчетного комплекса и проведение расчета

Для экспортированной в Ansys CFX сеточной модели были определены граничные условия. Определение границ изображено на рис. 4.3.

Рисунок 4.3. Определение границ расчетной области

В качестве параметров расчета были использованы следующие:

1. Модель газа: модель газа, приближенного к параметрам реального воздуха при температуре 25 градусов - Air at 25C.

2. Модель турбулентности: SST с решением полного уравнения энергии.

3. Модель стенки: адиабатическая стенка (Adiabatic Wall) с учетом поверхностных напряжений трения (без проскальзывания) – No Slip.

4. Схема решения уравнений: Временной.

5. Параметры сходимости решения: максимальное число итераций – 30.

6. Временной шаг – 0,005 секунд

7. Граничные условия задавались следующим образом:

8. Граница входа Inlet: статическая температура (Static Temperature) – 2500 К, массовый расход через вход – 5,36 кг/с

9. Свободный выход Open: статическое давление на выходе (Static Pressure for Entrainment) - 99600 Па, статическая температура (Static Temperature) – 298 К.

10.Граница симметрии – Symmetry.

4.3 Анализ полученных результатов

В результате расчета были получены значения параметров газа в «подракетном» пространстве. Картины параметров газа для t=0.02 c представлены на рис.4.4. и рис.4.5.

Рисунок 4.4. Распределение давлений в «подракетном» пространстве

Рисунок 4.5. Линии тока газа в «подракетном» пространстве

Надо сказать, что результаты, полученные при проведении численного эксперимента близки по значениям результатам аналитического расчета на первых секундах (таблица 4.1). Далее, с увеличением времени, увеличивается разность значений параметров газа, полученных при различных расчетах.

Таблица 4.1. Результаты расчетов

Такие неудовлетворительные результаты могли возникнуть из-за ряда причин, в том числе:

1. использовалась модель воздуха;

2. скорость истечения (340м/с) отличается от расчетной (2500м/с);

3. количество уточнений (30) на каждом промежутке времени недостаточно для используемой сеточной модели.

Так как давление в расчетной области не достигло давления требуемого для начала движения, то расчет с измененным «подракетным» пространством проведен не был.

Кроме предложенной схемы, была опробована схема с временной деформацией сетки. В результате чего, был сделан вывод о непригодности такой схемы, так как деформируемые ячейки расчетной области много меньше перемещений в описываемой задаче. Но надо заметить, что возможна реализация схемы с деформацией сеток, при использовании метода осуществляемого с помощью FORTRAN, то есть вводить новые блоки сеток в процессе расчета, а имеющимся блокам давать новые координаты.

Выводы

Разработана схема численного эксперимента газодинамической задачи выхода ракеты из пусковой шахты. В дальнейшем, после доработки расчетной модели, можно будет получить результаты которые можно сравнивать с ручным расчетом и с данными физических экспериментов.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Введение

В момент выхода ракеты из шахты помимо набегающего потока на ракету может воздействовать поперечная ветровая нагрузка, наличие ветра создает аэродинамическую нагрузку. Принято считать, что ветер состоит из стационарной и нестационарной части.

Характер стационарной части и значения скорости ветра приведены в таблице 5.1. Эта составляющая ветра может изменяться с течением времени и возрастать по мере удаления от поверхности земли, особенно в пределах 100 м.

Таблица 5.1. Характер и значения скорости ветра

 Скачать реферат