Разработка методики конечно-элементного моделирования повреждений от ударных нагрузок защитной сетки вертолётного двигателя при столкновении с птицей (2013 г

Разработка методики конечно-элементного моделирования повреждений от ударных нагрузок защитной сетки вертолётного двигателя при столкновении с птицей (2013 г.)

Проблема птицестойкости актуальна не только для самолётов, но и для вертолётов. Попадание птицы в двигатель вертолёта может привести к существенным повреждениям его конструкции и даже полной потере работоспособности двигателя. В соответствии с Авиационными правилами АП-29 винтокрылые аппараты должны быть спроектированы так, чтобы была обеспечена возможность продолжения безопасного полета и посадки после столкновения с птицей (в Правилах уточняются определённые условия, такие как скорость и высота полета самолета, масса птицы). Таким образом, тестирование на птицестойкость является неотъемлемой частью разработки вертолётов и других винтокрылых летательных аппаратов.

Двигатель вертолёта с мотогондолой и его расположение в современных машинах

Для защиты двигателя от попадания птиц может использоваться защитная сетка, устанавливаемая в воздухозаборник. Она должна быть легкой и достаточно прочной, чтобы выдержать удар птицы и не допустить её попадания внутрь конструкции. Защитная сетка также может применяться в сложных технических системах, авиа- и вертолётостроении, крупногабаритных многофункциональных конструкциях, в области механики ударного взаимодействия.

• разработка полномасштабной геометрической и конечно-элементной моделей защитной сетки и ударника птицы;
• выполнение верификации математических моделей материалов ударника;
• разработка методики КЭ моделирования процессов динамического взаимодействия защитной сетки и импактора птицы.

Основным методом выполнения работы служил метод конечных элементов и мультидисциплинарные наукоемкие компьютерные технологии мирового уровня на основе современных теоретических положений механики деформируемого твёрдого тела.

Защитная сетка, используемая в работе, состоит из прутков металлической проволоки, переплетенных между собой. Для моделирования проволоки сетки используются балочные элементы, причем каждый балочный элемент имеет на внешней поверхности по шесть дополнительно созданных контактных элементов. Это необходимо для корректного моделирования динамического контактного взаимодействия с моделью ударника птицы.

КЭ модель проволоки защитной сетки

Процесс столкновения птицы с защитной сеткой относится к высокоскоростным динамическим взаимодействиям с участием «мягкого» тела (птицы), что делает необходимым использование специальных моделей материалов с учетом влияния скорости деформаций. Установлено, что при высокоскоростных процессах тело птицы ведет себя как жидкость, поэтому в данной работе использовалась гидродинамическая модель материала для описания достаточно сложного строения тел реальных птиц при высокоскоростных взаимодействиях. По результатам верификации выбрана конкретная модель материала птицы для дальнейших исследований, заданная с помощью уравнений состояния – зависимости давления от объемных деформаций в тел.

Общий вид КЭ модели ударника

В заключительной части работы проведено КЭ моделирование динамического взаимодействия защитной сетки с импактором птицы. Для описания этого процесса используется связный метод Эйлера-Лагранжа (Coupled Euler Lagrange ― CEL), при котором детали защитной сетки моделируются по методу Лагранжа, а импактор птицы – при помощи метода Эйлера. Математические модели материалов учитывают зависимость упругопластических свойств от скорости деформаций, что играет важную роль при исследовании высокоскоростных процессов. Также моделируется возможность разрушения материалов под действием нагрузок.

Начальные и граничные условия задачи и схема плетения сетки

Анимация: удар импактором птицы в защитную сетку

При моделировании разработанным в работе методом возможно получить такие эффекты, как разрушение сетки и нарушение целостности импактора птицы. В данном случае большая часть импактора удерживается защитной сеткой, однако небольшая часть все же проходит сквозь нее и попадет во внутренние части конструкции, что может повлечь за собой её повреждения.

В качестве основных результатов проделанной работы можно выделить следующие:

• разработаны полномасштабные пространственные конечно-элементные модели защитной сетки и ударника птицы с учетом гидродинамической модели материала;
• выполнена верификация математических моделей материалов ударника;
• разработана процедура построения КЭ модели птицы для решения динамической задачи контактного взаимодействия птицы и защитной сетки;
• разработана методика КЭ моделирования повреждений от ударных нагрузок защитной сетки при столкновении с птицей.

Проведенные исследования и разработанные КЭ модели являются основой для дальнейших исследований динамических задач контактного взаимодействия защитной сетки с импактором птицы, а также оценки прочности, устойчивости и пробиваемости защитной сетки и различных конструкций, выполненных с ее использованием. Разработанная методика моделирования позволяет также исследовать процесс придания формы изделию, например, посредством гибки плоской сетки. Неизбежным последствием процесса гибки является возникновение остаточных напряжений, которые также возможно оценить и учесть их влияние на поведение итоговой конструкции.

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab ® на основе работы, выполненной в 2013 г.

Главное меню

left-menu

Вы здесь

К приводной технике можно отнести преобразователи частоты и устройства плавного пуска.

Применение данных устройств на производстве имеет множество преимуществ.

Преобразователи частоты

Частотные преобразователи реализованы на базе современных IGBT-транзисторных инверторов напряжения с ШИМ-управлением и многофункциональных микропроцессорных контроллеров. В основном служат для регулирования скорости вращения асинхронных электродвигателей. Они сочетают в себе уникальные качества, высокий технический уровень, надежность и невысокую цену. На базе преобразователей можно создавать гибкие системы электропривода и регулирования технологических параметров. Преобразователи легко встраиваются в существующие системы практически без останова управляемого технологического процесса, легко модифицируются и адаптируются в соответствии со всеми аспектами их применения.

Широкий диапазон мощностей и различные варианты систем управления позволяют подобрать решение для многих задач управления.

Преимущества применения частотных преобразователей

Плавное регулирование скорости вращения электродвигателя позволяет в большинстве случаев отказаться от использования редукторов, вариаторов, дросселей и другой регулирующей аппаратуры, что значительно упрощает управляемую механическую (технологическую) систему, повышает ее надежность и снижает эксплуатационные расходы

Частотный пуск управляемого двигателя обеспечивает его плавный без повышенных пусковых токов и механических ударов разгон, что снижает нагрузку на двигатель и связанные с ним передаточные механизмы, увеличивает срок их эксплуатации. При этом появляется возможность по условиям пуска снижения мощности приводных двигателей нагруженных механизмов.

Встроенный микропроцессорный ПИД-регулятор позволяет реализовать системы регулирования скорости управляемых двигателей и связанных с ним технологических процессов.

Применение обратной связи системы с частотным преобразователем обеспечивает качественное поддержание скорости двигателя или регулируемого технологического параметра при переменных нагрузках и других возмущающих воздействиях.

Частотный преобразователь в комплекте с асинхронным электродвигателем может применяться для замены приводов постоянного тока.

Частотный преобразователь в комплекте с программируемым микропроцессорным контроллером может применяться для создания многофункциональных систем управления электроприводами, в том числе с резервированием механических агрегатов.

Применение регулируемого частотного электропривода позволяет сберегать электроэнергию устранением неоправданных ее затрат, которые имеют место при альтернативных методах регулирования с технологических потоков дросселированием, с помощью гидромуфт и других механических регулирующих устройств.

Экономия электроэнергии при использовании регулируемого электропривода для насосов в среднем составляет 50-75 % от мощности, потребляемой насосами при дроссельном регулировании. Это определило повсеместное внедрение в промышленно развитых странах регулируемого привода насосных агрегатов.

Применение устройств плавного регулирования частоты вращения двигателей в насосных агрегатах, помимо экономии электроэнергии, дает ряд дополнительных преимуществ, а именно:

• плавный пуск и останов двигателя исключает вредное воздействие переходных процессов (типа гидравлический удар) в напорных трубопроводах и технологическом оборудовании;
• пуск двигателя осуществляется при токах, ограниченных на уровне номинального значения, что повышает долговечность двигателя, снижает требования к мощности питающей сети и мощности коммутирующей аппаратуры;
• возможна модернизация действующих технологических агрегатов без замены насосного оборудования и практически без перерывов в его работе.

Основные возможности

• Частотные преобразователи позволяют регулировать частоту трехфазного напряжения питания управляемого двигателя.
• Разгон и торможение двигателя осуществляется плавно, при необходимости по линейному закону от времени. Время разгона и (или) время торможения от 0,01 с до 50 мин.
• Реверс двигателя, при необходимости с плавным торможением и плавным разгоном до заданной скорости противоположного направления.
• При разгоне преобразователи могут обеспечивать до 160 % увеличение пусковых и динамических моментов.
• В преобразователях предусмотрены настраиваемые электронные самозащиты и защиты двигателей от перегрузки по току, перегревах, утечках на землю и обрывах линий питания двигателей.
• Преобразователи позволяют отслеживать с отображением на графической панели и формированием соответствующего выходного сигнала о заданном основном параметре системы — частоте питающего двигатель напряжения, скорости двигателя, ток или напряжение двигателя, состояние преобразователя и т.п.
• В зависимости от вида нагрузки двигателей в преобразователях можно формировать требуемые вольт-частотные выходные характеристики.
• В наиболее совершенных преобразователях реализовано векторное управление, позволяющее работать с полным моментом двигателя в области нулевых частот, поддерживать скорость при переменной нагрузке без датчиков обратной связи, точно контролировать момент на валу двигателя.

Области применения частотных преобразователей

На базе частотных преобразователей могут быть реализованы системы регулирования скорости следующих объектов:

• насосов горячей и холодной воды в системах водо- и теплоснабжения, вспомогательного оборудования котельных, ТЭС, ТЭЦ и котлоагрегатов;
• вентиляторы (тягодутьевые механизмы);
• шламовые и пульповые насосы в технологических линиях обогатительных фабрик;
• рольганги, конвейеры, транспортеры и другие транспортные средства;
• дозаторы и питатели;
• лифтовое оборудование;
• дробилки, мельницы, мешалки, экструдеры;
• центрифуги различных типов;
• линии производства пленки, картона и других ленточных материалов;
• оборудование прокатных станов и других металлургических агрегатов;
• приводы буровых станков, электробуров, бурового оборудования;
• электроприводы станочного оборудования;
• высокооборотные механизмы (шпиндели шлифовальных станков и т.п.);
• экскаваторное оборудование;
• крановое оборудование;
• механизмы силовых манипуляторов и т.п.

Различные исполнения корпусов преобразователей частоты от IP00 до IP66 позволяют устанавливать их в самых тяжелых условиях и в помещениях с агрессивными средами.

Существенный экономический эффект дает применение частотных преобразователей для регулирования производительности насосных агрегатов и вентиляторов, которое традиционно выполнялось с помощью дросселирующих устройств на нагнетающих трубопроводах насосов. Регулирование дросселированием связано с энергопотерями на местных сопротивлениях, создаваемых регулирующими устройствами. Эти потери отсутствуют при управлении производительностью агрегатами путем регулирования скорости его приводного двигателя.

Системы управления на базе частотных преобразователей могут иметь любые технологически требуемые функции, реализация которых возможна как за счет встроенных в преобразователи программируемых контроллеров, так и дополнительных контроллеров, функционирующих совместно с преобразователями.

Устройство плавного пуска

Устройства плавного пуска и торможения представляет собой тиристорное переключающее устройства (регулятор напряжения по трем фазам), обеспечивающее плавный пуск и остановку трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Оно объединяет функции плавного пуска и торможения, защиты механизмов и двигателей, а также связи с системами автоматизации.

Область применения:

• Насосы, вентиляторы и компрессоры.
• Машины и механизмы с ременной, цепной и другими видами трансмиссий, редукторы и другие устройства.
• Шлифовальные, металло- и деревообрабатывающие станки.
• Транспортеры и конвейеры.
• Тяжело нагруженные и инерционные механизмы.

Преимущества

• Уменьшает пусковой ток.
• Улучшает условия эксплуатации двигателя, пускозащитной аппаратуры и сети энергоснабжения.
• Позволяет настраивать пусковой момент
• Устройства плавного пуска Сокращает расходы на обслуживание.
• Уменьшает потери после разгона благодаря шунтирующему контактору.
• Осуществляет возможность каскадного пуска и останова нескольких двигателей одним устройствам плавного пуска.
• Улучшает условия эксплуатации приводного механизма.
• Возможность управления по интерфейсам RS232 и RS485.

Виды пуска

• Пуск с начальным броском тока для получения повышенного пускового момента.
• Плавный пуск с заданным токоограничением.
• Пуск двигателя плавным увеличением напряжения с заданным темпом.

Виды торможения с устройствам плавного пуска

• Остановка с заданной интенсивностью.
• Динамическое торможение.

Защиты:

• Время-токовая и максимально токовая защита двигателя
• Защита от потери фазы
• Защита от перегрева двигателя и преобразователя
• Защита от затянувшегося запуска.

Основные характеристики устройства плавного пуска (УПП) синхронных и асинхронных двигателей:

• электронная защита двигателя,
• аналоговые устройства мягкого пуска и торможения,
• регуляторы мощности, регуляторы напряжения
• высоковольтный плавный пуск,
• устройства плавного пуска коллекторных двигателей,
• плавный пуск, плавный останов,
• стабилизация и ограничение напряжения,
• равномерное вращение, мягкий пуск электродвигателя,
• повышение ресурса машины,
• системы безударного пуска высоковольтных электродвигателей,
• плавный пуск и выбег трехфазных асинхронных двигателей,
• широкий угол охвата плавный пуск с заданным темпом пуска,
• плавный пуск с ограничением пускового тока,
• пуск с начальным импульсом тока,
• поддержание давления на выходе насоса,
• гибкое управление технологическим процессом,
• ограничение пускового тока,
• плавный пуск/останов насосных агрегатов,
• плавный пуск и тепловая защита от перегрузок,
• ограничение пускового тока

Приводная техника имеет большое количество дополнительных опций, например такие опции как синусный фильтр, фильтр du/dt фильтр гармоник, ферритовые кольца и многое другое. Данные опции применяются для различных ситуаций и используются для защиты питающей сети, кабельной трассы и электродвигателей.

Проекты, реализованные нашей компанией с применением преобразователей частоты и устройств плавного пуска, доказывают необходимость и эффективность использования данных устройств в любом сегменте промышленности, более подробно с выполненными решениями вы можете ознакомиться в разделе «реализованных проектов» (в кавычках ссылка на проекты)

Тел.: +7 (812) 678-99-03

Санкт-Петербург, Софийская ул. 95

Гидроудар двигателя. Как распознать и что делать?

За окном проливной ливень , но вас манит дорога ( или просто необходимо куда — то доехать ), поэтому сегодня вашей « лошадке » придется потрудиться , да еще и в довольно сложных условиях . Кстати , именно дожди зачастую становятся опосредованной причиной такой неприятности , как гидроудар двигателя . Вы впервые слышите о подобного рода неисправности ? Тогда вам точно стоит прочитать статью до конца .
О чем молчит мотор
Вы мчитесь по бездорожью , преодолевая рытвины , заполненные водой : трясет немилосердно , да и днище машины постоянно задевает дорожное полотно . И вот в очередной раз на вашем пути появляется препятствие в виде огромной лужи , решаете проскочить ее на скорости и … Авто внезапно останавливается , мотор глохнет , а вы оказываетесь посреди небольшого озерца , выбраться из которого можно только вплавь . Что же произошло с автомобилем ?
А случился с вашим авто он — гидродинамический удар двигателя . Говоря доступным языком , гидроудар мотора — это попадание в его цилиндры любой жидкости ( в данном случае — воды ). Опасно ли это для двигателя ? Да , это очень непростая поломка .
Дело в том , что , когда двигатель работает , в его поршнево — цилиндровой части находится топливно — воздушная смесь , которая хорошо сжимается . Вода же , напротив , практически не поддается сдавлению , поэтому при ее попадании в мотор поршень встречает значительное сопротивление .
Эту ситуацию можно сравнить с бегущим человеком : воздух практически не оказывает сопротивления его телу , однако встреча с более плотным веществом ( дерево , стена ) всегда заканчивается плачевно .
Поршни двигателя не могут сжать воду , их движение блокируется , и мотор глохнет . Поэтому , если вы преодолевали водное препятствие , и ваше авто внезапно « замолчало », будьте готовы к тому , что вас настиг гидроудар двигателя . К сожалению , результаты подобного происшествия довольно неприятны , и вас ожидает серьезный ремонт мотора . А в некоторых случаях — когда треснул блок цилиндров или поршень пробил его боковую сторону — придется полностью менять « сердце » автомобиля .
Вы спросите : каким же образом вода извне достигает двигателя ? Очень просто — через воздухозаборник . Поэтому , преодолевая огромные и глубокие лужи или иные водные препятствия , двигайтесь не спеша — так вы предотвратите образование волн , которые могут залить капот и воздушный фильтр , соответственно . Еще старайтесь соразмерять возможности вашего авто и размер водного препятствия : если не уверены , что машина преодолеет рытвину , объезжайте ее стороной — целее будете и вы , и автомобиль .
Неотложная помощь при гидроударе мотора
Итак , это случилось — вы застряли в луже и почти уверены , что в мотор попала вода . Как же проверить свою догадку ?
Если мотор заглох в ходе движения , а перед этим капот залило водой , проверьте состояние воздушного фильтра . Следов воды на нем нет — ищите иную причину неприятной остановки , в противном случае сомневаться не приходиться — это был гидравлический удар .
Далее необходимо действовать оперативно : вытащить авто из водоема ( на нейтральной передаче ) и проверить состояние мотора . В зависимости от увиденного принимать решение о дальнейших манипуляциях :
1 . В двигатель попала вода , однако он не заклинил , а просто заглох : в этом случае вы самостоятельно можете исправить поломку ( как это сделать будет описано ниже ).
2 . В результате гидроудара двигатель заклинило : решение простое , но нерадостное — вызывайте буксировщик , который доставит вас к ближайшему СТО .
3 . Из — за большого объема воды поршень пробил блок цилиндров : вас также спасет лишь немедленная транспортировка на СТО .
Если ваш двигатель цел , а воды в него попало совсем немного , попробуйте сделать следующее :
• извлеките мокрый воздушный фильтр ( деталь можно выбросить );
• тщательно протрите его корпус , чтобы удалить следы воды ;
• выкрутите свечи ;
• прокрутите стартером коленвал ( эта манипуляция необходима , чтобы воду выбросило из цилиндров двигателя );
• если свечи извлечь не получилось , ждите , пока вода не уйдет в картер мотора ;
• по окончании этих манипуляций попробуйте завести авто и в случае успеха дайте поработать мотору на холостых оборотах .
Также стоит запомнить еще одно правило : в подобной ситуации всегда проверяйте состояние масла . Если после нескольких минут работы двигателя оно побелело и приобрело сходство с эмульсией — в нем есть некоторое количество воды , и вам нужно как можно быстрее это масло заменить .
Превентивные меры или как избежать гидроудара ?
Ответ на этот вопрос достаточно прост — исключайте саму возможность его возникновения , то есть забудьте о беспечных гонках по дорогам во время ливней или о преодолении водных препятствий на неподходящем авто . Но если сложилась безвыходная ситуация , помните о трех правилах :
• Не заезжайте глубоко в воду ( она не должна достигать уровня воздушного фильтра ). Обычно он находится выше переднего бампера , и , если вы чувствуете , что авто продолжает погружаться в лужу или водоем , дайте задний ход . Лучше объехать подобное препятствие , иначе контакта воды с мотором не избежать .
• Решив продолжить движение , сбросьте скорость , дабы перед бампером не создавалась волна . Медленная езда — это реальный шанс избежать гидродинамического удара мотора .
• Еще один плюс неспешного движения : если все же вода достигнет мотора , есть шанс , что двигатель заглохнет раньше , чем жидкость проникнет в поршнево — цилиндровый механизм . В таком случае вы обойдетесь лишь легким испугом и потратите время на сушку основы воздухозаборника и свечей .
Опытные водители отмечают , что гидроудар — явление нечастое , и связано оно с неправильной оценкой водителя глубины водного препятствия или несоответствием автомобиля для подобных маневров . Также не стоит сбрасывать со счетов лихачество некоторых владельцев машин и их легкомысленное отношение к своей собственности . Таким « джиперам » напоминаем , замена мотора — удовольствие не из дешевых , а в случае безответственного отношения к авто вам не избежать подобных трат .

Гидроудар двигателя: что это и как лечить последствия

Гидроудар двигателя еще в народе называют “кулак дружбы”. Чтобы понять, что это такое — необязательно топить машину, гидроудар может случиться, если проехать по глубокой луже и вода попадет в воздухозаборник.

При переезде через глубокую лужу, если машина заглохла, здесь может быть несколько вариантов. Но главное, сразу не пытаться заводить двигатель, потому что, если вода попадет в мотор, то это приведет к очень дорогостоящему ремонту. Сначала надо открыть крышку воздушного фильтра, ведь вода в мотор может попасть только через воздухозаборник. Если фильтр сухой, значит повезло, и надо искать почему заглохла машина в другом месте.

А если фильтр весь в воде, то это точно гидроудар, и надо готовиться к худшему. Вода попадает в цилиндры мотора через воздухозаборник, у воды плотность значительно больше, чем у топливной смеси. Поршень давит воду, и не может ее сжать, а коленвал продолжает вращаться, после чего шатун не выдерживает нагрузки и сгибается, упираясь в стенку цилиндра, после чего мотор заклинивает. Если шатун не касается стенки цилиндра, то во время движения вниз, коленвал оборвет шатун вместе с поршнем и сделает дырку в боковой стенке блока двигателя. Это и называется “кулак дружбы”, то есть конец мотору. Придется тащить машину на буксире или на эвакуаторе на сервис или в гараж.

Гидроудар: реанимация

Для начала надо дать машине высохнуть, затем вытащить свечи, снять крышку трамблера и воздушного фильтра. В каждый цилиндр, через свечные колодцы надо добавить по столовой ложке моторного масла, это надо для того, что поршни могли сдвинуться с места.

Далее надо попробовать провернуть двигатель вручную с помощью хроповичного ключа. Если получится сделать полный оборот, это значит, что шатуны не погнулись и повезло. Но обычно так не происходит.

Далее, надо проверить компрессию, если она меньше 8, значит придется мотор разобрать. Если компрессия в норме, то достаточно продуть цилиндры двигателем — надо крутить стартером примерно 20 секунд, главное полностью воду убрать из цилиндров.

После этого надо поставить на место свечи, закрыть крышку воздушного фильтра и трамблера. Затем надо проверить живой ли аккумулятор, если нет, то надо покупать новый или попытаться старый зарядить. После всего этого надо пробовать завести машину, только не надо сильно газовать. Далее надо проверить нет ли посторонних звуков при работе мотора. Если слышен звук, то надо немедленно заглушить мотор. Это шумят погнутые шатуны, поэтому не надо больше запускать мотор.

В общем, если попали резко в глубокую лужу, то надо быстро заглушить мотор, тогда его еще можно будет спасти.

А если серьезно заехать в воду и не заглушить мотор, то последствия будут серьезные: придется снимать головку блока, в поршневых колодцах будет вода, погнутые шатуны, лопнувшие поршневые кольца, растянутая цепь ГРМ. Причем, машина точно сама уже до гаража не доедет, придется воспользоваться сервисом, чтобы получить помощь на дороге в виде эвакуатора.

Чтобы избежать гидроудара двигателя, не надо быть сильно умным — достаточно не ехать в глубокую лужу. Но если ехать все-таки необходимо и обратного пути нет, то надо посмотреть на какой высоте находится воздухозаборник, и медленно аккуратно ехать и смотреть чтобы вода была не сильно высоко, чтобы ее уровень был ниже воздухозаборника. Если вдруг машина заглохла, надо проверить воздушный фильтр, если там сухо, значит в трамблер попала вода или в катушку зажигания.

Поэтому перед поездкой в глубокую лужу надо просто закрыть пакетом катушку и трамблер. Если попала вода — ее надо высушить, можно использовать обычный компрессор, если есть. Надо высушить блок предохранителей, провода, клеммы аккумулятора и другие разъемы. Если машина завелась значит можно ехать, но если есть возможность не рисковать, то лучше ей воспользоваться. Можно выключить мотор машины и протолкать ее через лужу, тогда сам намокнешь, но зато с мотором ничего не случится.

А далее небольшая подборка тех, кто получил гидроудар двигателя: