Министерство образования и науки Российской федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

Министерство образования и науки Российской
федерации
федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Московский государственный университет
приборостроения и информатики»
Президентская программа повышения квалификации инженерных
кадров на 2012-2014 годы
Приоритетное направление модернизации и технологического
развития экономики России: Развитие перспективных видов
вооружения, военной и специальной техники
Проектирование гибридного ракетно-прямоточного воздушнореактивного двигателя
МГУПИ 2013
1
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
УГС: 160000 АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА
Целевая группа: Инженеры-конструкторы
Вид профессиональной деятельности: проектно-конструкторская
Цель работы - обучить специалистов оборонных и ракетно-космических
предприятий и организаций основам совершенствования энергомассовых
характеристик летательных аппаратов (ЛА) за счёт применения гибридных
ракетно-прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ГРПВРД).
Дать слушателям теоретические знания по проектированию ГРПВРД, в том
числе по использованию системы автоматизированного проектирования.
Подготовить теоретическую базу для освоения специализированных курсов
в области проектирования ГРПВРД.
МГУПИ 2013
22
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ
Модуль 1. Схемно-конструктивные особенности, основные параметры и
характеристики ГРПВРД
Модуль 2. Модели, основанные на применении методов математического
программирования
Модуль 3. Система автоматизированного проектирования ГРПВРД
Модуль 4. Выбор оптимальных параметров и характеристик ГРПВРД на
основе САПР. Численный эксперимент
МГУПИ 2013
33
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ПЕРЕЧЕНЬ АКТУАЛЬНЫХ КОМПЕТЕНЦИЙ
1. Знать: конструктивно-компоновочные схемы и принципы действия гибридного ракетнопрямоточного воздушно-реактивного двигателя (ГРПВРД);
2. Уметь: формировать математические модели (моделирование параметров и характеристик
двигателя и его основных систем);
3. Уметь: осуществлять выбор типа конструкционных, теплозащитных и термоэрозионностойких
материалов для ГРПВРД;
4. Уметь: применять системы автоматизированного проектирования для определения параметров и
характеристик ГРПВРД;
5. Уметь: выбирать метод численного интегрирования;
6. Уметь: формировать программы моделирования и осуществлять графическое построение.
МГУПИ 2013
44
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ТРЕБОВАНИЯ К ПОСТУПАЮЩИМ И ОЦЕНКА КАЧЕСТВА
ОСВОЕНИЯ ПРОГРАММЫ
Лица, поступающие на обучение, должны иметь диплом о высшем образовании по
специальностям: 160300 (160700) – Двигатели летательных аппаратов; 160700 – Гидроаэродинамика
и динамика полета; 161700 – Баллистика и гидроаэродинамика 160800 – Ракетостроение и
космонавтика; 160400 – Ракетные комплексы и космонавтика.
А также обладать следующими компетенциями для освоения программы повышения
квалификации:
знаниями в области ракетного двигателестроения;
знаниями в области информатики и вычислительной техники, информационных технологий;
знаниями в области математического моделирования сложных процессов;
опытом проектирования в системах автоматизированного проектирования;
опытом работы в должности инженера-проектировщика, инженера-конструктора.
К итоговой аттестации допускаются лица, выполнившие
требования, предусмотренные программой, и успешно
прошедшие все оценочные процедуры,
предусмотренные программами профессиональных
модулей.
Форма итоговой аттестации по программе – защита
проекта (по тематикам, согласованным с заказчиком).
МГУПИ 2013
55
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ИТОГОВОЙ РАБОТЫ
(по согласованию с заказчиком)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Программа термодинамического расчёта удельного импульса тяги ГРПВРД.
Газодинамический и тепловой расчёт параметров рабочего процесса в сопловом аппарате
ГРПВРД.
Построение профиля соплового аппарата ГРПВРД для заданных исходных данных.
Термодинамический расчёт состава продуктов горения для первого и второго контура камеры
сгорания ГРПВРД.
Способы выбора геометрических характеристик диффузора из условия минимума потерь полного
давления.
Схемно-конструктивные решения и методы расчета параметров рабочего процесса ГРДгазогенератора ГРПВРД.
Физико-математическое описание рабочего процесса ракетно-прямоточного воздушнореактивного двигателя.
Метод расчет газодинамических параметров ГРПВРД.
МГУПИ 2013
66
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
УЧЕБНЫЙ ПЛАН
№
п/п
Наименование
модулей
Модуль 1. Схемно-конструктивные
1 особенности, основные параметры и
характеристики ГРПВРД
Модуль 2. Модели, основанные на
применении методов
2 математического программирования
Модуль 3. Система
3 автоматизированного проектирования
ГРПВРД
Модуль 4. Выбор оптимальных
параметров и характеристик ГРПВРД
4
на основе САПР. Численный
эксперимент
Подготовка и защита выпускной
5 квалификационной/ аттестационной
работы
6 ИТОГО
Всего
часов
12
В том числе
Обязательная аудиторная
учебная нагрузка
Самост. работа,
Практические
часов
Лекции
занятия, часов
8
0
0
Практика с указанием мест
проведения,
часов
4
10
18
8
0
0
на базе лаборатории
автоматизированного
проектирования ФГУП МНИИРП
10
18
8
0
0
на базе лаборатории
автоматизированного
проектирования ФГУП МНИИРП
6
12
6
0
0
на базе Центра обработки данных
МГУПИ
6
0
6
0
0
72
30
6
0
36
МГУПИ 2013
77
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОДУЛЬ 1.
СХЕМНО-КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ, ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
ГИБРИДНОГО РАКЕТНО-ПРЯМОТОЧНОГО ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ (ГРПВРД)
Наименование тем
профессионального
модуля
1
Тема 1. Схемноконструктивные
особенности.
Основные
параметры и
характеристики
ГРПВРД
Содержание учебного материала, лабораторные работы и практические занятия, самостоятельная
работа обучающихся (если предусмотрены)
Объем
часов
2
Конструктивно-компоновочные схемы ГРПВРД. Ракетно-прямоточные двигатели для ракет класса
«поверхность-воздух». Коэффициент тяги и удельного импульса тяги ГРПВРД их связь с динамикой полета.
Критерий эффективности. Тяга РПД и ее эффективное значение.
Практическая работа на тему «Выбор критериев качества ГРПВРД. Принципы построения математических
моделей»
Определение энергомассового, надежностного и стоимостного критериев.
Формирование математической модели, устанавливающей взаимосвязь между баллистическими,
геометрическими, энергомассовыми, надежностными и стоимостными характеристиками ГРПВРД
Повышение тяговых характеристик прямоточной силовой установки. Эжекторное устройство.
Практическая работа на тему «Моделирование корпуса ГРПВРД»
Тема 2. Факторы,
Установление номенклатуры используемых материалов для деталей и узлов корпуса ГРПВРД; наименования
обеспечивающие
соединений, используемых для скрепления отдельных деталей и узлов корпуса ГРПВРД друг с другом;
перечень теплозащитных материалов, используемых для защиты различных деталей и узлов корпуса
эффективность
функционирования ГРПВРД.
Определение толщины несущих материалов и теплозащитных покрытий, обеспечивающих выполнение
ГРПВРД
условий оптимальности по критерию (например, по массе ГРПВРД); основных параметров и размеров,
характеризующих применяемые соединения.
Факторы, вызывающие нарушение работы камеры сгорания, появление вибрационных нагрузок,
Тема 3. Помпажный воздейситвующие на конструкцию летательного аппарата и приборы управления. Изменение параметров
ГРПВРД при помпаже.
режим работы
Параметры двигателя, снижающие воздействие помпажа.
ГРПВРД
Расчет беспомпажных режимов.
Всего
МГУПИ 2013
6
4
2
12
88
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОДУЛЬ 2.
МОДЕЛИ, ОСНОВАННЫЕ НА ПРИМЕНЕНИИ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Наименование тем
профессионального
модуля
1
Содержание учебного материала, лабораторные работы и практические занятия,
самостоятельная работа обучающихся (если предусмотрены)
Объем
часов
2
Разработка математических моделей на основе систем дифференциальных уравнений. Выбор
Тема 1. Моделирование
метода численного интегрирования. Разработка вычислительного алгоритма. Подготовка данных
параметров и
для численного эксперимента.
характеристик двигателя и Практическая работа на тему «Определение параметров летательного аппарата с ГРПВРД»
Уравнения движения центра масс ЛА с прямоточным контуром неуправляемого полета. Система
его составных систем
дифференциальных уравнений для баллистических расчетов. Расчетное определение
(диффузор, камера
сгорания, сопло, топливо и коэффициента тяги.
Определение термодинамического комплекса двигателя в результате термодинамических
пр.)
расчетов на ЭВМ, выполняемых для принятой марки топлива при различных высоты полета.
Управление ходом расчета. Расчет состава и теплофизических свойств продуктов сгорания
твердого топлива. Расчет параметров рабочего процесса и расходных характеристик двигателя.
Сравнение проектных вариантов и выбор оптимального.
Практическая работа на тему «Моделирование параметров и характеристик топлива и заряда ТТ
Тема 2. Моделирование
первого и второго контура ГРПВРД»
термодинамических
Обеспечение выбора конкретной марки топлива с указанием всех его характеристик
(энергетических, физико-механических и др.). Определение пределов рабочих давлений, при
процессов первого и
второго контура в камере которых целесообразна эксплуатация заданного топлива. Выбор формы заряда из числа
имеющихся в библиотеке прототипов. Установление геометрических размеров топливного заряда.
сгорания и сопле
Определение первоначального значения площади критического сечения. Оценка в первом
приближении внутрибаллистических характеристик в камере ГРПВРД для оценки наличия
эрозионного горения и напряженно-деформированного состояния заряда. Оценка прочности
заряда.
Всего
МГУПИ 2013
8
10
18
99
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОДУЛЬ 3.
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИБРИДНОГО РАКЕТНОПРЯМОТОЧНОГО ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ (ГРПВРД)
Наименование тем
профессионального модуля
1
Тема 1. Научнометодическое обеспечение
САПР ГРПВРД
Содержание учебного материала, лабораторные работы и практические занятия, самостоятельная
работа обучающихся (если предусмотрены)
2
Классификация моделей, применяемых в объектно-ориентированных САПР. Модели структурного анализа
(выбор на основе прототипа). Функциональные модели (расчет геометрических и массовых характеристик
проектируемых узлов и деталей изделия, проверка корректности работы узлов и деталей). Модели
оптимизации (выбор совокупности характеристик с целью определения условия оптимальности по
заданному критерию). Машинная графика.
Практическая работа на тему «Моделирование параметров и характеристик соплового блока первого и
второго контура ГРПВРД»
Определение конструктивной схемы соплового блока. Определение материалов, используемых в
проектируемом сопловом блоке.
Установление необходимости выбора теплозащитных материалов для проектируемого соплового блока.
Определение контур до-, около- и сверхзвуковой частей соплового блока. Определение потери удельного
импульса тяги. Выбор способа соединения соплового блока с корпусом ГРПВРД. Расчет основных
конструктивных параметров соединения. Оптимизация соплового блока.
Требования к функциональному наполнению пакета прикладных программ. Требования к эксплуатации.
Требования к технологии программирования.
Практическая работа на тему «Пакет прикладных программ для системы запуска ГРПВРД»
Состав пакета прикладных программ (базисные модули нижнего уровня, базисные модули верхнего уровня,
Тема 2. Формирование
пакета прикладных программ предпосылки, модули связки, начальные установки, граничные условия, коэффициенты дифференциальных
уравнений и пр.).
для реализации численного
Подпрограммы, моделирующие работу системы воспламенения.
эксперимента при различных Подпрограммы, моделирующие газодинамические процессы.
режимах работы ГРПВРД
Подпрограммы, моделирующие процессы теплопередачи.
Подпрограммы, моделирующие процессы нагрева топливного заряда корпуса ГРПВРД.
Подпрограммы, обеспечивающие расчет скоростей горения топлива и уноса теплозащитных покрытий.
Подпрограммы, обеспечивающие расчет геометрии внутрикамерных областей.
Всего
МГУПИ 2013
Объем
часов
8
10
18
10
10
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОДУЛЬ 4.
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ГИБРИДНОГО РАКЕТНОПРЯМОТОЧНОГО ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ (ГРПВРД) НА ОСНОВЕ САПР.
ЧИСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Наименование тем
профессионального
модуля
Содержание учебного материала, лабораторные работы и практические занятия,
самостоятельная работа обучающихся (если предусмотрены)
1
2
Тема 1. Техническое
задание на
проектирование ГРПВРД
Тема 2. Оценка
работоспособности
спроектированного
ГРПВРД
Объем
часов
Основные требования, формируемые в техническом задании. Группы требований: энергетические
характеристики, габаритные размеры, конструктивные ограничения, эксплуатационные характеристики.
Подсистема анализа технического задания.
2
Банки данных прототипов двигателей их пополнение. Проверочные расчеты и оценка работоспособности
спроектированного двигателя: расчет выхода двигателя на режим квазистационарной работы, расчет
внутрибаллистических параметров, расчет газодинамических параметров, расчет прогрева элементов
конструкции, расчет надежности функционирования узлов и деталей.
2
Тема 3. Выбор
оптимальных параметров
характеристик ГРПВРД
Проверка работоспособности спроектированного двигателя. Совокупность проверочных расчетов: выход
двигателя на режим квазистационарной работы; внутрибаллистические параметры; изменение
газодинамических параметров; прогрев элементов конструкции двигателя; напряженно-деформированное
состояние узлов и деталей; надежность функционирования узлов и деталей. Оптимизация параметров и
модели.
2
Тема 4. Численный
эксперимент
Практическая работа на тему «Проектирование элементов ГРПВРД с заданными в техническом задании
параметрами».
Разработка физической и математической модели решаемой задачи (набор свойств и система
дифференциальных уравнений).
Разработка дискретной модели (последовательность операций).
Разработка программного комплекса (подпрограмма).
Проведение численного эксперимента.
Анализ результатов расчета.
12
Всего
МГУПИ 2013
18
11
11