Моделювання параметрів і проєктування вакуумного балона для надзвукової лабораторної аеродинамічної труби ударного типу (комплексна тема 1)
Автор: Міцінський Олексій Олександрович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Суть поставленої задачі в тому, щоб змоделювати та спроектувати вакуумний балон аеродинамічної труби ударного типу, оскільки такий вид обладнання є одним з основних видів обладнань при експериментальних дослідженнях в аеродинаміці. Вакуумна камера дозволяє створювати штучне середовище з низьким тиском, яке допомагає при вивчені поведінки об’єктів при високих швидкостях аеродинамічного потоку з перевагою в тому, що можна уникати факторів негативного, непередбачуваного впливу, наприклад непередбачуваних турбулентностей, які можуть впливати на поведінку досліджуваних об’єктів, що можуть привести до спотворень результатів дослідження, тоді, як у вакуумному балоні подібне не виникне через обмеженість до доступу в всередину середовища. Другою перевагою є можливість вільного маніпулювання тиском для отримання результатів згідно поставлених завдань. Такі дослідження надають можливість вдосконалювати конструкції транспорту, літальних апаратів та інших об’єктів, що рухаються при великих швидкостях. Окрім того, вакуумний балон може бути використаним для проведення різних експериментів по різним матеріалам, що піддаються впливу аеродинамічних навантажень, що в свою чергу дозволяє з’ясувати їх міцністні та довговічні характеристики. Параметри вакуумного балону в даній роботі дозволяють впевнитись, що він придатний для створення низького тиску для проведень дослідів. Об’єкт дослідження: вакуумний балон аеродинамічної труби ударного типу. Предмети дослідження: геометричні, кінематичні та силові параметри вакуумного балона аеродинамічної труби ударного типу. Мета дослідження: моделювання та проектування вакуумного балону, опис подібних камер вакуумних балонів, проведення розрахунків вакуумних балонів, проведення маніпулювань напружень та деформацій, проведення економічної оцінки проектного рішення. В першому розділі розглянуто камери вакуумних балонів, а саме основну інформацію про вакуумні камери, яких вони типів бувають та за якими призначеннями, розглянуто декілька конкретних видів вакуумних камер, звернули увагу на з’єднання та герметизацію частин вакуумних камер, яким чином відбувається передача рухів у вакуумних камерах та як отримують надвисокий вакуум. В другому розділі розглянуто проектування параметрів вакуумного балону. Було проведено такі види розрахунків: розрахунок внутрішніх зусиль в стінці циліндричного корпусу, де визначались нормальні та головні кільцеві, радіальні та осьові напруження, еквівалентне напруження по третій теорії міцності, визначення координат перерізів, визначення абсолютних та відносних похибок; розрахунок циліндричного балона при навантажені зовнішнім тиском, де проводились розрахунки товщини корпусу, розрахунки коефіцієнтів для знаходження необхідних параметрів по номограмі, визначали допустимий зовнішній тиск по умовах міцності зі стійкостю в межах пружності та загальний допустимий зовнішній тиск, що виходить з міцностних та стійкостних меж та визначили масу установки з моделі вакуумного балону; розрахунок осьової сили стискання; розрахунок критичних значень тиску та довжини корпусу. В третьому розділі проводилось моделювання напружень та деформацій вакуумного корпусу. Розглянули 3D модель вакуумного балону, відключили решту сегментів, що не мали приймати участь при моделюванні, визначили матеріал з якого обладнання виготовлене та його характеристики. Далі для досліджень ввели граничні умови балону, а саме наложити сітку, яка повинна допомогти встановити зв’язки концентрацій напружень та сегментів корпусу в межах елементів сітки. Далі дослідили напруження, що буде виникати в корпусі по методу Мізеса, який допоміг визначити зони найбільших напружень в корпусі. Далі дослідили деформації, що виникають у вакуумному балоні, завдяки чому є можливість побачити найслабші в конструкції зони, де відбуваються найбільші деформації в корпусі. Останньою моделяцією корпусу було визначення запасу міцності по всій поверхні розрахункового циліндру корпусу. Далі аналогічно до циліндру було проведено розрахування передньої кришки камери вакуумного балона. В четвертому розділі проводилась економічна оцінка проектного рішення. До розрахунків, що проводились відносяться: визначення собівартості і ціни розробленого методу; розрахунок витрат на оплату праці, де визначали денні ставки керівника та магістра, витрати на заробітні плати; обов’язкові відрахування із заробітної плати та стипендії; розрахунок витрат на матеріали; накладні витрати з іншими витратами; витрати на розробку проектного рішення; витрати на відлагодження і дослідну експлуатацію проектного рішення; витрати на розробку і впровадження проектного рішення; розрахунок експлуатаційних витрат з річними експлуатаційними витратами, вартістю підготовки даних для роботи на ЕОМ, середньо-годинну ставку співробітника, витрати на експлуатацію вакуумного балона, вартість одноразового технічного огляду; визначення ціни споживання проектного рішення, ціни продажу проектного рішення для організації-розробника, ціни придбання проектного рішення для організації-покупця, витрати на прив’язування та освоєння проектного рішення на даному об’єкті, теперішньої вартості витрат на експлуатацію проектного рішення, ціни на споживання проектного рішення для організації-розробника, ціни споживання проектного рішення для організації-покупця. Ключові слова: моделювання, проєктування, вакуумний балон, корпус, аеродинаміка, дослідження, розрахунки, деформації.