Анотація до роботи:

Конюхов О.С. Розробка методів розрахунку динамічних характеристик рідинних ракет-носіїв пакетної компоновки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.09 - Динаміка і міцність машин. - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2002.

Дисертація присвячена розробці методів розрахунку динамічних характеристик рідинних ракет-носіїв пакетної компоновки. Сформульована узагальнена математична постановка задачі динаміки просторових конструкцій РН із порожнинами, що містять коливні рідинні маси. Описано уточнену модель механіко-гідравлічної системи РН на основі просторових елементів балкового типу, а також приєднаних твердих тіл і пружних балок з урахуванням апроксимації об'ємів рідини у вигляді сукупності пружинно-масових осциляторів і "квазізатверділої" рідини. Запропоновано ефективну методику обчислення еквівалентних жорсткісних і інерціальних параметрів елементів, що входять до динамічної моделі рідинних РН. Описано високоефективні алгоритми розрахунку власних частот і форм коливань РН. Розроблений програмний комплекс дозволяє здійснювати моделювання вільних коливань рідинних РН як тандемної, так і пакетної схем. Вперше розрахунковим шляхом проведено всебічне вивчення власних частот і форм вільних коливань нової конструкції РН "Циклон-4" пакетної компоновки. Отримано результати досліджень динамічних характеристик РН "Циклон-4" для різних фаз польоту.

1. В основу традиційної концепції побудови динамічних аналогів рідинних РН покладено одномірні моделі, що і не відповідає сучасному конструктивному виконанню РН. Для рідинних РН пакетного типу необхідно розробити адекватні просторові динамічні моделі механіко-гідравлічної системи РН і створити ефетивні методи, алгоритми і програмне забезпечення для розрахунку динамічних характеристик.

_{2. Розвинуто загальний методологічний підхід до побудови динамічних моделей багатоступінчастих рідинних РН і визначення їхніх параметрів. Запропоновано ефективні імітаційні моделі елементів механіко-гідравлічної системи, що визначають процеси власних коливань рідинних РН пакетної компоновки.}

3. Сформульовано узагальнену математичну постановку задач динаміки деформівних тіл, у тому числі з порожнинами, що містять рідину. Розроблено загальну методику їх розв'язку з використанням двоетапної за просторовими змінними і за часовим аргументом процедури алгебраїзації на основі проекційно-сіткових методів у формі методів зважених нев’язок. Побудовано систему скінченноелементних рівнянь для адекватних просторових динамічних моделей рідинних РН пакетної компоновки. Розроблено алгоритм розв'язку системи рівнянь МСЕ щодо розрахунку власних частот і форм вільних коливань. Алгоритм реалізовано у вигляді високоефективного програмного забезпечення для сучасних ПЕОМ. Проведено роз'вязок серії тестових динамічних задач із метою перевірки розроблених і програмно реалізованих методик розрахунків. За даними обчислювальних експериментів досліджено вплив уточнюючих апроксимацій і ступеня дискретизації об'єкта на розрахункові динамічні характеристики нової модифікації РН "Циклон-4" пакетної компоновки.

4. У рамках запропонованого єдиного методологічного підходу:

4.1. Побудовано динамічну модель рідинних РН пакетної компоновки "Циклон-4" з використанням просторових елементів балкового типу, приєднаних твердих тіл і пружних балок з урахуванням апроксимації об'ємів рідини у вигляді пружинно-масових осциляторів і "квазізатверділої" рідини. Обчислено еквівалентні жорсткісні і інерціальні характеристики елементів, що складають динамічну модель рідинних РН. Вперше досліджено вплив на амплітудно-частотні характеристики уточнюючих розрахункових схем і апроксимацій для елементів динамічної моделі РН, зокрема проаналізовано можливе урахування: 1) просторовості конструкції РН пакетної компоновки; 2) деформацій зсуву й інерції обертання у формі Тимошенко для елементів балкового типу; 3) піддатливості зв'язків і конструктивно відповідних ступенів свободи у вузлах кріплення; 4) ступеня дискретизації розрахункового об'єкта.

4.2. Розрахунковим шляхом проведено всебічне вивчення власних частот і форм вільних коливань нової конструкції РН "Циклон-4" пакетної компоновки для трьох фаз польоту. Визначено вплив на амплітудно-частотні характеристики РН різних схем ідеалізації елементів динамічної моделі.

Встановлено, що урахування деформації зсуву й інерції обертання для елементів балкового типу істотно впливає на дані розрахунків власних частот коливань динамічної моделі РН.

Розроблена просторова динамічна модель механіко-гідравлічної системи рідинних РН пакетної компоновки представлена у вигляді базових елементів балкового типу у формі Тимошенко, пружно приєднаними твердими тілами і пружними балками, при апроксимації об'ємів рідини у формі пружинно-масових осциляторів і "квазізатверділої" рідини рекомендується як базова для розрахунків власних частот і форм коливань рідинних РН.

Ключові слова: динамічна модель, власні частоти і форми коливань, рідинна ракета-носій, механіко-гідравлічна система.

Публікації автора:

1. Конюхов А.С., Легеза В.С., Цыбенко А.С., Крищук Н.Г. Собственные колебания жидкостных ракет-носителей пакетной компоновки.- Проблемы прочности, 2001, №3, с.93-99.

2. Конюхов А.С., Легеза В.С., Цыбенко А.С., Крищук Н.Г., Яворский А.Е. Уточненная стержневая модель в применении к расчету динамических характеристик ракетоносителей. Артилерийское и стрелковое вооружение, -К.: ГНТЦ АСВ, 2001-, Выпуск 3, с.45-49.

3. Конюхов А.С. Учет межблочных связей в динамической модели ракет-носителей. - Вестник НТУУ "КПИ". Серия "Машиностроение", 2001, № 40, К.:НТУУ КПИ, 2001, с.92-99.

4. Конюхов А.С., Легеза В.С., Цыбенко А.С., Крищук Н.Г. Исследование собственных частот и форм колебаний ракетоносителей на основе уточненных динамических моделей. Тезисы докладов 2-й международной конференции "Прогрессивная техника и технология-2001",К.: НТУУ КПИ, 2001, с.45.

5. Конюхов А.С. Учет межблочных связей в динамической модели ракетоносителей. Тезисы докладов 2-й международной конференции "Прогрессивная техника и технология-2001",К.: НТУУ КПИ, 2001, с.47.

Конюхов О.С. Розробка методів розрахунку динамічних характеристик рідинних ракет-носіїв пакетної компоновки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.09 - Динаміка і міцність машин. - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2002.

Дисертація присвячена розробці методів розрахунку динамічних характеристик рідинних ракет-носіїв пакетної компоновки. Сформульована узагальнена математична постановка задачі динаміки просторових конструкцій РН із порожнинами, що містять коливні рідинні маси. Описано уточнену модель механіко-гідравлічної системи РН на основі просторових елементів балкового типу, а також приєднаних твердих тіл і пружних балок з урахуванням апроксимації об'ємів рідини у вигляді сукупності пружинно-масових осциляторів і "квазізатверділої" рідини. Запропоновано ефективну методику обчислення еквівалентних жорсткісних і інерціальних параметрів елементів, що входять до динамічної моделі рідинних РН. Описано високоефективні алгоритми розрахунку власних частот і форм коливань РН. Розроблений програмний комплекс дозволяє здійснювати моделювання вільних коливань рідинних РН як тандемної, так і пакетної схем. Вперше розрахунковим шляхом проведено всебічне вивчення власних частот і форм вільних коливань нової конструкції РН "Циклон-4" пакетної компоновки. Отримано результати досліджень динамічних характеристик РН "Циклон-4" для різних фаз польоту.

Konuchov A.S. Development of methods of calculation of dynamic characteristics of liquid rockets - carriers of batch configuration. - Manuscript.

_{Dissertation for the degree of Cand.Tech.Sci. on speciality 05.02.09 - Dynamics and Durability of Machines. - National Technical University of Ukraine " Kiev Polytechnical Institute ", Kiev, 2002.}

The Dissertation is devoted to development of calculating methods of dynamic characteristics of liquid-fuel carrier rockets (CR) of batch configuration. We present a generalized mathematical formulation of problems related to the dynamics of spatial designs CR with cavities containing fluctuating fluids. On the basis of spatial beam-like elements, attached solid bodies, and elastic beams a specified model of mechanical-hydraulic carrier rocket system is described with account taken of the approximation of liquid volumes in the form of a set of sprind-mass oscillators and a "quasi-indurated" fluid. An effective procedure is proposed for calculation of equivalent stiff and accelerative parameters of elements making up the dynamic model of liquid-fuel CR. High-performance algorithms of calculation of natural frequencies and vibration models of CR are described. The developed software complex makes it possible to simulate free vibrations of liquid-fuel CR of both tandem and batch circuits. For the first time we perform comprehensive analysis of natural frequencies and vibration models of the new design carrier rocket CR "Cyclone - 4" of batch configuration. Experimental data on dynamic characteristics of CR "Cyclone - 4" have been obtained for various phases of flight.

Конюхов А.С. Разработка методов расчета динамических характеристик жидкостных ракет-носителей пакетной компоновки. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.09 – Динамика и прочность машин. - Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев, 2002.

Диссертация посвящена разработке методов расчета динамических характеристик жидкостных ракет-носителей РН пакетной компоновки.

На основе обзора литературных источников приведены характеристики типовых конструктивно-силовых схем современных многоступенчатых ракет-носителей (РН). Установлено, что принципиальными особенностями таких РН, характеризующими динамические свойства системы, являются наличие значительных масс жидкости со свободными поверхностями, упругость корпусов модулей (связанные пространственные тонкостенные конструкции оболочек с общей продольной осью) и межблочных связей (массивные тела), а также инерционные свойства присоединенных элементов (двигатели, аппарат стабилизации, силовые шпангоуты и др.). Межблочные связи (боковые, центральные), как правило, имеют кинематические степени свободы, обусловленные конструктивными и технологическими решениями.

Традиционная концепция построения динамических моделей жидкостных РН на основе одномерных моделей не отвечает уровню конструктивного исполнения современных РН. Для жидкостных РН пакетной компоновки необходимо разработать адекватные имитационные трехмерные динамические модели и создать на их базе эффективные методы, алгоритмы и программное обеспечение для расчета амплитудно-частотных характеристик. Данные амплитудно-частотного анализа динамических моделей РН составляют основу для решения задач эффективной стабилизации и управления полетом.

Построение адекватных (в выбранном диапазоне частот) и эффективных математических моделей механико-гидравлической системы РН требует определения параметров этих моделей на основе всестороннего теоретического анализа с позиций механики сплошных сред и динамики конструкций.

В работе обобщена математическая формулировка задач динамики деформируемых тел, а также конструктивных элементов РН, в том числе с полостями, содержащими жидкость. Развит общий подход к решению задач рассматриваемого класса с использованием двухэтапной (по пространственным переменным и по временному аргументу) процедуры алгебраизации на основе проекционно сеточных методов в форме методов взвешенных невязок.

Созданы динамические модели элементов механико-гидравлической системы РН, определяющих процессы собственных колебаний жидкостных РН пакетной компоновки на основе пространственных элементов балочного типа, в том числе в форме Тимошенко, а также присоединенных твердых тел и упругих балок с учетом аппроксимации жидких объемов в виде совокупности пружинно-массовых осцилляторов и "квазизатвердевшей" жидкости.

Вычислены эквивалентные жесткостные и инерциальные характеристики различных элементов, составляющих динамическую модель жидкостных РН.

Разработаны высокоэффективные алгоритмы расчета собственных частот и форм колебаний РН. Создан программный комплекс, позволяющий осуществить моделирование свободных колебаний жидкостных РН как тандемной, так и пакетной схем.

Тестирование разработанного математического обеспечения проведено на основе решения серии модельных задач о продольных, поперечных и крутильных колебаниях балок с различными граничными условиями, упругими связями, распределенными и сосредоточенными массами. Проведено сравнение данных расчетов двенадцати тестовых задач, полученных с заданной точностью, с аналитическими решениями.

_{Получены результаты исследований динамических характеристик для пространственной и "одномерной" модели РН "Циклон-4" на различных фазах полета. Впервые определено влияние на амплитудно-частотные характеристики различных уточняющих аппроксимаций для элементов динамической модели РН, в частности, проанализирован возможный учет: 1) деформаций сдвига и инерции вращения в форме Тимошенко для элементов балочного типа; 2)податливости связей и конструктивно соответствующих степеней свободы в узлах крепления; 3) степени дискретизации расчетного объекта.}

Достоверность полученных результатов обусловлена корректностью постановки и эффективностью методов решения сформулированной задачи, подтверждена удовлетворительным совпадением результатов тестирования программного обеспечения с аналитическими решениями, а также всесторонним исследованием сходимости численных решений при увеличении степени дискретизации базовых элементов в динамической модели РН.