ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ СИЛОВИХ РАМ РІДИННИХ РАКЕТНИХ ДВИГУНІВ МАЛОЇ ТЯГИ
DOI:
https://doi.org/10.31319/2519-8106.1(50)2024.305937Ключові слова:
ЗД-друк, адитивні технології, ракетний двигун, SIMP-МЕТОД, міцність, топологічна оптимізація, метод скінчених елементів, чисельне моделюванняАнотація
Сьогодні космічна індустрія переживає період значного техногологічного розвитку. Неперервний прогрес у сфері адитивних технологій та використання сучасних матеріалів для 3D-друку вносить значний вклад у цей процес. Цей напрямок розвитку призвів до посилення конкуренції між різними космічними компаніями — як державними, так і приватними. Кожна з них прагне представити щось дійсно нове й унікальне. FlightControl Propulsion — одна з цих приватних космічних компаній в Україні. У роботі досліджено конструкцію силової рами рідинно ракетного двигуна малої тяги. Силова рама в основних конструкціях ракетних двигунів і підтримують значні механічні навантаження. Застосування топологічної оптимізації та використання високоміцних сталей дозволяють створити компактні та ефективні силові рами, які будуть значно легше за класичні. Адитивне виробництво відчутно скорочує час на виготовлення різних деталей та агрегатів, а також відкриває майже необмежені можливості щодо геометричних форм виробів. Те, що раніше було складно або навіть неможливо виготовити за допомогою традиційних методів, зараз стає доступним. У даній роботі розглянуто агрегат, виготовлений за технологією SLM (Selective Laser Melting). Подано структурований алгоритм топологічної оптимізації та основний принцип методу топологічної оптимізації SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization). Проведено чисельне моделювання напружено-деформованого стану для варіанту конструкції за допомогою методу скінчених елементів (МСЕ) у системі САЕ (Computer-Aided Engineering). Побудовано розрахункову скінчено-елементну сітку й визначено запаси по міцності конструкції. Після проведення топологічної оптимізації було визначено кінцевий варіант конструкції й знову проведено чисельне моделювання напружено-деформованого стану для оптимізованої конструкції. Остання була передана на виробництво для виготовлення та подальшого есперементального відпрацювання.
Посилання
V. V. Blyznychenko et al. (2007). Proektvannja ta konstrukcija raket-nosijiv [Design and con-struction of launch vehicles]. Dnipro : Lira. [in Ukrainian].
Blakey-Milner, B., Gradl, P., Snedden, G., Brooks, M., Pitot, J., Lopez, E., Leary, M., Berto, F., & du Plessis, A. (2021). Metal additive manufacturing in aerospace: A review. Materials & Design, 209, 110008. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110008.
Bendsшe, M. P. (1995). Optimization of Structural Topology, Shape, and Material. Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-03115-5.
Zhang, E., & Wang, L. (2020). Finite Element Analysis and Topology Optimization Design of Seat Bracket for New Energy Bus. Journal of Physics: Conference Series, 1550, 042038. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1550/4/042038.
Sajt pryvatnoji kosmichnoji kompaniji [Official website of the private space company]. Retrieved from http://flightcontrolpropulsion.com/
Bondarenko, O., Vekilov, S., Tkachov, Y., & Marchan, R. (2021) Topology optimization features of liquid-propellant rocket engine power elements manufactured by additive technologies. Journal of Rocket-Space Technology. Vol. 29, No 4, P. 106-111. DOI:https://doi.org/10.15421/452111
Haynes 230 TECHNICAL DATA. Retrieved from https://www.hightempmetals.com/techdata/hitempHaynes230data.php
Проектування і конструкція ракет-носіїв : монографія / В. В. Близниченко та ін. Дніпро, 2007. 462 с.
Metal additive manufacturing in aerospace: A review / B. Blakey-Milner et al. Materials & Design. 2021. Vol. 209. P. 110008. URL: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110008.
Bendsшe M. P. Optimization of Structural Topology, Shape, and Material. Berlin, Heidelberg : Springer Berlin Heidelberg, 1995. URL: https://doi.org/10.1007/978-3-662-03115-5.
Zhang E., Wang L. Finite Element Analysis and Topology Optimization Design of Seat Bracket for New Energy Bus. Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1550. P. 042038. URL: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1550/4/042038.
FlightControl Propulsion. URL: http://flightcontrolpropulsion.com/ (Дата звернення 09.03.2023)
ОСОБЛИВОСТІ ТОПОЛОГІЧНОЇ ОПТИМІЗАЦІЇ СИЛОВИХ ЕЛЕМЕНТІВ РРД, ВИГОТОВЛЕНИХ АДИТИВНИМИ ТЕХНОЛОГІЯМИ / O. Bondarenko та ін. Journal of Rocket-Space Technology. 2021. Т. 29, № 4. С. 106–111. URL: https://doi.org/10.15421/452111.
Haynes 230 TECHNICAL DATA. URL : https://www.hightempmetals.com/techdata/hitempHaynes230data.php (дата звернення 25.12.2022)
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
a. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
b. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
c. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
