пусковой установки

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является изучение воздействия газовых струй и ударных волн при старте снарядов ПТРК на обслуживающий технические средства персонал. Методом исследования является численное моделирование в двумерной постановке.

2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ

Прогнозирование воздействия газовых струй и ударных волн на обслуживающий технические средства персонал, на поверхность пускового контейнера после вылета снаряда из пусковой трубы, пусковую установку в целом является важной задачей для рассматриваемых систем. Проектирование средств защиты требует детального изучения процессов газодинамики.

Развитие военной техники и тактики её применения показывает, что в настоящее время важной задачей является ведение боевых действий в ограниченных пространствах в условиях городского боя. Эффективность использования классических противотанковых боеприпасов, обеспечивающих поражение бронированной техники, в таких условиях снижается и представляет опасность для оператора и окружающих сооружений. При этом возникает противоречие между стремлением интенсифицировать рабочие процессы комплексов и ограниченными физиологическими возможностями человека. Эта проблема усугубляется в связи с форсированием режимов работы модифицируемых ПТУР, когда опасные факторы, воздействующие на оператора, существенно интенсифицируются и он подвергается воздействию чрезвычайно высоких уровней акустических колебаний, ударных волн и химически агрессивных сред. Учитывая это, безопасность оператора при функционировании современных комплексов систем вооружения становится одним из основных потребительских качеств конкурентно способного товара на мировом рынке вооружений. Проблема обеспечения безопасности оператора в данном случае требует детального изучения физических процессов распространения акустических и ударных волн, полей концентраций вредных химических веществ в продуктах сгорания в сопряженных с пусковой установкой областях окружающей среды. Необходимо также отметить проблему пуска снаряда с движущегося в воздухе носителя, когда струя продуктов сгорания РДТТ при старте ракеты, истекающая из сопла, может привести к снижению содержания кислорода в области воздухозаборников двигателя носителя и нарушению его работы. Не менее актуальна проблема загазованности кабины оператора при стрельбе противотанковыми ракетными снарядами из ствола. Все это вызывает необходимость оценки безопасности применения ПТУР в условиях современной боевой операции без урона для собственных сил и определению конструктивных допустимых параметров вновь проектируемых образцов.

Обеспечение допустимого режима функционирования ПТУР, надежное прогнозирование работоспособности его элементов, во многом зависит от решения проблемы математического моделирования сложных тепловых процессов в таких конструкциях. На уровень избыточного давления в районе головы оператора при работе ПТРК оказывают влияние такие факторы, как расположение пускового контейнера относительно окружающих конструкций (стены, проемы и т.д.), состав продуктов сгорания, мощность ВДУ. Представленные результаты вычислительных экспериментов показывают, что при пуске из полузакрытой позиции наряду с первичной ударной волной, образуются отраженные от стен вторичные ударные волны с уровнями давлений, превышающими уровень давлений в первичных ударных волнах. Уровень отраженной ударной волны может превышать уровень первичной волны в 8-10 раз, что для рассмотренного снаряда делает невозможным его пуск вблизи сооружений. Максимальные значения избыточного давления могут достигать недопустимых величин. Пуск на открытой позиции обеспечивает для рассматриваемого образца допустимые уровни пиков избыточного давления.

В данной лабораторной работе рассматриваются процессы, происходящие в полуоткрытом пространстве, после запуска противотанкового снаряда. Некоторые возможные варианты схем исследуемой области представлены на рис.1. Стрелка указывает направление движения снаряда. Точками 1, 2, 3 обозначены зоны регистрации кривой давления во времени. Точка 1 соответствует положению головы оператора при пуске, 3 – руки. Показанная пунктиром на рисунке эквивалентная область заменяет реальный объем для варианта осесимметричной постановки задачи. В процессе лабораторной работы необходимо исследовать изменение избыточного давления, температуры и концентрации продуктов сгорания РДТТ, определяющих безопасность работы оператора.

На рис.2 и 3 приведены в качестве примера некоторые результаты вычислительных экспериментов по анализу процесса распространения газовой струи и ударных волн при запуске стартовых баллистических двигателей противотанковых управляемых ракет различных модификаций при выстреле из окна комнаты и с открытых позиций. Приведенные данные хорошо иллюстрируют характер воздействия перечисленных выше факторов.

Рис. 1. Варианты схем стартовых позиций.

Рис.2. Компьютерная визуализация исследуемого процесса (осесимметричная постановка). а) схема помещения и векторная картина поля скоростей; б) теневая картина поля скорости; в) и г) теневые картины поля давления в различные моменты времени.

Рис. 3. Цветовые представления поля давления в различные моменты времени на стартовой позиции при движении снаряда в расчетной области.

3. ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ

Объектом исследования является программно-математический комплекс и основные элементы вычислительного эксперимента по прогнозированию процесса распространения газовой струи и ударных волн на полуоткрытой стартовой позиции ПТРК.

Для выполнения лабораторной работы требуется наличие электронной вычислительной техники с установленным программным обеспечением.

4. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

Студенту дается задание численного моделирования процесса распространения газовой струи и ударных волн на полуоткрытой стартовой позиции ПТРК. Вариант стартовой позиции и параметры истекающей струи задаются преподавателем. Средством исследования является численное моделирование указанного процесса с использованием программного комплекса "Тепломеханика" и быстродействующей вычислительной техники.

5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Построить контур области течения и создать дискретную геометрическую модель для проведения вычислительного эксперимента.

2. Задать границы на созданной сетке.

3. Создать файл физических данных, включающий параметры компонентов потока, начальные данные и необходимые параметры численного решения.

4. Выполнить численное моделирование заданного варианта процесса до установления параметров.

5. Проанализировать параметры течения (давление, скорость, температуру, плотность), определить уровни воздействия на оператора и элементы конструкций опасных факторов.

6. Результаты расчета представить в виде картин обтекания и в виде эпюр параметров в характерных сечениях и в виде графиков V=f(t), T=f(t), P=f(t).

7. Ответить на контрольные вопросы.

6. УКАЗАНИЕ ПО ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА.

Каждый студент оформляет отчет, который должен содержать:

- постановку задачи;

- контур области течения и дискретную геометрическую модель, границы на созданной сетке;

- файл физических данных, включающий параметры компонентов потока, начальные данные и необходимые параметры численного решения;

- результаты численного моделирования в виде цветовых полей распределения, графиков и эпюр параметров (давления, скорости, температуры, плотности);

- анализ полученных результатов;

- ответы на контрольные вопросы.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Что является причиной возникновения ударных волн при старте ПТУР?

2. Какие опасные для оператора явления возникают при старте ПТУР?

3. Какие уровни давлений при старте ПТУР считаются опасными для оператора?

4. Как можно снизить уровни давлений на оператора при старте ПТУР?

5. Какие граничные условия задаются моделировании газодинамического процесса на стартовой позиции?

ЛИТЕРАТУРА

Основная литература

1. Калугин В.Т. Аэрогазодинамика органов управления полетом летательных аппаратов: Учеб.пособие для вузов. – М:. Изд-во МГТУ им.Н.Э. Баумана, 2004. – 688с.

2. Дунаев В.А., Максимов Ф.А. Моделирование сверхзвуковых течений невязкого газа /учеб.пособие.- Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. – 181 с.

Дополнительная литература

1.Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. В 2 ч. Ч. 1. - 5-е изд., перераб. и доп.— М.: Наука, 1991. – 597 с.

2.Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. В 2 ч. Ч. 2. - 5-е изд., перераб. и доп.— М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит, 1991. - 301 с.

3.Белоцерковский О.М. Метод крупных частиц в газовой динамике: Вычислительный эксперимент - М.: Наука, 1982. - 391с.

4.Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: учебник для вузов/ Л.Г. Лойцянский.-7-е изд., испр. - М.: Дрофа, 2003.- 840 с.