Твердотельное моделирование камеры ракетного двигателя с применением системы CATIA

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана




С.С. Гаврюшин, А.Р. Полянский, Д.А. Ягодников

Твердотельное моделирование камеры ракетного двигателя с применением системы CATIA

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Автоматизация проектирования ракетных двигателей»











Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2012

УДК 621.455
ББК 39.62
    Г12



Рецензент: В.А. Мартынюк

     Гаврюшин С.С.
Г12 Твердотельное моделирование камеры ракетного двигателя с применением системы CATIA : метод. указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Автоматизация проектирования ракетных двигателей» / С.С. Гаврюшин, А.Р. Полянский, Д.А. Ягодников. - М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. - 44, [4] с. : ил.

         Даны методические указания к выполнению лабораторных работ по твердотельному моделированию камеры ракетного двигателя с применением системы автоматизированного проектирования CATIA V5, которые могут быть полезными при использовании системы CATIA V5 в курсовом и дипломном проектировании.
         Для студентов старших курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специальности «Ракетные двигатели».
         Рекомендовано Учебно-методической комиссией НУК Э МГТУ им. Н.Э. Баумана.

УДК 621.455
ББК 39.62


© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012

                ВВЕДЕНИЕ





   За время обучения в техническом университете студенты знакомятся с целым рядом пакетов САПР: сначала с пакетами разработки плоских чертежей - AutoCAD и КОМПАС, затем с пакетами твердотельного моделирования - SolidWorks, КОМПАС-SD и Inventor.
   Основными преимуществами твердотельного моделирования являются следующие:
   -     при твердотельном моделировании создается точная трехмерная компьютерная модель проектируемого изделия, а не двухмерные чертежи;
   -     созданная трехмерная компьютерная модель дает возможность быстрого автоматизированного построения рабочих чертежей. Получить проекционные чертежи с использованием трехмерной модели часто оказывается быстрее, чем по традиционной технологии конструктора. Еще больший выигрыш времени обеспечивается при построении изометрических видов и различных сечений;
   -     в трехмерную модель удобно вносить изменения, при этом чертежи легко обновляются. Важным моментом трехмерного моделирования является использование параметрических зависимостей при разработке деталей и изделия в целом;
   -     использование трехмерного моделирования позволяет глубже понять технологические особенности изготовления деталей и сборки изделия;
   -     результаты трехмерного моделирования могут быть использованы в модулях инженерных расчетов (массогабаритных, термопрочностных, гидрогазодинамических и т. д.), а также в модулях генерации программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ);
   -     трехмерное моделирование и проводимые на ранних этапах проектирования изделия инженерные расчеты позволяют повысить качество проектируемого изделия и сократить сроки его разработки.

3

   Овладение навыками трехмерного моделирования - достаточно трудоемкий процесс, который должен осуществляться при проведении лабораторных работ, НИРС, в курсовом и дипломном проектировании.
   С повышением мощности персональных компьютеров в последние годы значительно возрос интерес к применению пакета пространственного моделирования CATIA V5, предназначенного для использования в аэрокосмической отрасли. Система CATIA (Computer Aided Three-dimensional Interactive Application) - одна из самых распространенных САПР высокого уровня. Это комплексная система автоматизированного проектирования (CAD), технологической подготовки производства (CAM) и инженерного анализа (САЕ), включающая в себя современный инструментарий трехмерного моделирования, подсистемы программной имитации сложных технологических процессов, развитые средства анализа и единую базу данных текстовой и графической информации. Система позволяет эффективно решать все задачи технической подготовки производства - от разработки эскизного проекта до выпуска чертежей, спецификаций, моделирования оборудования, конструирования технологической оснастки и создания управляющих программ для станков с ЧПУ.


ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

   Рассмотрим твердотельное моделирование деталей камеры жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), одна из конструкций которой приведена на рис. 1. Камера ЖРД представляет собой паяносварную конструкцию и состоит из форсуночной головки и корпуса. Корпус, в свою очередь, включает цилиндрический участок и сопло Лаваля. Части корпуса состоят из внутренней и наружной стенок, соединяющихся между собой с помощью пайки по вершинам ребер, выфрезерованных на наружной поверхности внутренних стенок. На форсуночной головке располагаются форсунки подачи горючего и окислителя. На периферии форсуночной головки могут располагаться форсунки завесы. Все форсунки соединены с плоским внутренним и средним днищами, прикрепляемыми к силовому кольцу. Коллектор служит для подачи горючего в каналы охлаждения внутренней стенки корпуса.


4

Рис. 1. Конструкция камеры

   Для изготовления камеры применяют корозионно-стойкие стали и специальные бронзы.
   Детали корпуса камеры: рубашка цилиндра, стенка цилиндра, кольца соединительные и замыкающее кольцо, стенки и рубашки сопла - представляют собой детали, образованные вращением эскиза вокруг оси камеры. Их построение осуществляется на базе геометрического контура камеры сгорания. Геометрический контур камеры, заданный параметрически, показан на рис. 2.


Рис. 2. Геометрический контур камеры

   Геометрический контур обычно состоит из участков прямых линий и дуг окружностей. В ряде случаев отдельные участки контура


5