На правах рукописи

КОТОВ Владимир Валерьевич

ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННАЯ СИСТЕМА АНАЛИЗА И СИНТЕЗА СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность 05.13.01 – «Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ковров 2010

Работа выполнена на кафедре «Гидропневмоавтоматика и гидропривод»государственного образовательного учреждения высшего профессиональ-ного образования «Ковровская государственная технологическая академияим. В.А. Дегтярева».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессорХалатов Евгений Михайлович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Тульскийгосударственный университет»

заседании диссертационного Совета Д.212.025.01 ГОУ ВПО

г. Владимир, ул. Горького, 87.

«Владимирский государственный университет».

Ученый секретарьдиссертационного Совета Д.212.025.01,доктор технических наук, профессор Р.И. Макаров

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессорДенисенко Владимир Иванович

доктор технических наук, доцентАлександров Дмитрий Владимирович

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО

«Владимирский государственный университет» по адресу: 600000,

Защита состоится " 24 " ноября 2010 г., ауд. 211-1, в 15 часов на

Автореферат диссертации разослан " 18 " октября 2010 г.

1

Общая характеристика работы

Актуальность. Объектом исследований, проведенных в диссертаци-онной работе, являются системы газоснабжения ракетно-космических комплексов (СГС РКК). Они имеют существенные отличия от промыш-ленных систем газоснабжения различного назначения, а именно:

1) использование широкой номенклатуры рабочих тел (воздух, азот, кислород, гелий, ксенон и другие инертные газы);

2) широкий диапазон рабочих параметров (давление рабочих тел – до 40 МПа, температура в диапазоне ±200 °С, расход газа до 10 кг/с);

3) относительно высокие скорости течения газа; 4) высокие требования по надежности. В этой связи к математическому обеспечению (МО), используемому

при расчетах характеристик СГС РКК предъявляются особые требования: учет свойств реального газа, теплообмена и распределенности параметров газа в линиях питания (ЛП).

Современные СГС РКК имеют весьма сложную структуру. Как прави-ло, это древовидные линии питания, ведущие от источников питания к многочисленным (до 50), различным по своим требованиям потребителям. Линии питания содержат большое количество изделий пневмоавтоматики различного назначения (до нескольких тысяч), объединенных в типовые блоки и стойки.

Таким образом, СГС являются сложными техническими объектами. В современных условиях создание подобных систем на высоком техниче-ском уровне, в короткие сроки, с заданными показателями качества требу-ет соответствующего комплекса для анализа и синтеза, а также информа-ционной интеграции всех этапов их разработки, т.е. применения современ-ных информационных технологий. Для решения задач автоматизации ана-лиза и синтеза СГС РКК целесообразно использование специализирован-ной объектно-ориентированной системы, учитывающей особенности сис-тем газоснабжения специального назначения, использующей высокоточное математическое обеспечение и включающей системы информационной поддержки: методическое обеспечение и базы данных рабочих тел, изде-лий арматуры, трубопроводов и т.д.

К основным работам, посвященным автоматизации задач анализа и синтеза СГС и их элементам следует отнести работы Герц Е.В., Крейнина Г.В., Подчуфарова Б.М., Подчуфарова Ю.Б., Арзуманова Ю.П., Халатова Е.М., Петрова Р.А., Никишкина С.И., Носкова В.Н. и др.

Сегодня имеется достаточно большое количество программных средств, ориентированных на проектирование систем газоснабжения, од-

2

нако, в силу специфики СГС РКК, ни одно из них не может обеспечить в полной мере решение задач их анализа и синтеза.

Таким образом, создание специализированной объектно-ориентиро-ванной системы анализа и синтеза систем газоснабжения, позволяющей повысить эффективность процесса их разработки, получить наиболее ра-циональные значения их параметров является актуальной научно-технической задачей, имеющей важное значение при создании перспек-тивных и модернизации существующих ракетно-космических комплексов.

Цель диссертационной работы заключается в повышении эффектив-ности процесса разработки и технического уровня создаваемых систем га-зоснабжения ракетно-космических комплексов за счет создания и внедре-ния в процесс разработки объектно-ориентированной системы автоматизи-рованного анализа и синтеза СГС, базирующейся на соответствующих ав-томатизированных процедурах анализа и синтеза основных составных час-тей комплекса.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи. 1. Формализация и алгоритмизация процесса анализа и синтеза СГС в

процессе их создания. 2. Разработка структуры автоматизированной системы (АС) анализа и

проектирования СГС. 3. Разработка математического обеспечения процесса автомати-

зированного анализа и синтеза СГС. 4. Анализ достоверности и определение областей применимости

моделей различной степени детализации. 5. Разработка методики автоматизированного анализа и синтеза СГС. 6. Разработка программного и информационного обеспечения

создаваемой объектно-ориентированной системы. 7. Внедрение результатов работы в практику проектирования

предприятий и учебный процесс вузов. Методы исследований основаны на использовании основ системного

анализа, методов автоматизированного проектирования и современных информационных технологий; теоретических положений механики, термодинамики, теплофизики, теплообмена и газовой динамики; методов объектно-ориентированного программирования, вычислительной матема-тики, вычислительного и физического экспериментов.

Научная новизна работы заключается в следующем. 1. Разработана многоуровневая система математических моделей

(ММ) процессов в элементах СГС, отличающаяся единством используемых уравнений состояния, высокой степенью общности и детализации уровней.

2. Обоснована достоверность ММ, входящих в систему, сформи-рованы критерии и методические рекомендации по областям их

3

применимости, что позволяет пользователю выбрать рациональную модель для решения конкретной задачи в процессе анализа и синтеза создаваемой системы.

3. Предложена структурно-логическая схема автоматизированной системы, отличающейся тем, что она обеспечивает решение разнообразных задач анализа и синтеза проектных решений СГС на основе системного математического обеспечения в рамках единой информационной технологии.

4. Разработан интерактивный алгоритм укрупненного автоматизированного синтеза СГС, отличающийся возможностью минимизации базовых параметров трубопроводов линий питания, а также высокой точностью расчета параметров источника питания, что позволяет оптимизировать запасы газа в системе и уменьшить массогабаритные характеристики систем.

5. Разработана методика автоматизированного анализа и синтеза СГС, которая позволяет оперативно и целенаправленно решать задачи анализа и синтеза систем газоснабжения и их элементов, повышая эффективность процесса разработки и технический уровень создаваемых систем.

6. Разработана методика расчета гидравлических сопротивлений изделий арматуры, блоков и стоек с учетом взаимного влияния сопротивлений их элементов, которая позволяет обеспечить пополняемость информационной базы данных для расчетов СГС.

7. Предложен алгоритм расчета расхода реального газа через дросселирующее отверстие, практически исключающий итерации при поиске критических параметров газа.

Практическая полезность работы состоит в улучшении характеристик вновь создаваемых систем газоснабжения ракетно-космических комплексов, сокращении сроков их разработки. Самостоятельное значение имеет предложенная методика расчета гидравлических сопротивлений изделий пневмоавтоматики различного вида с учетом взаимного влияния сопротивления их элементов, позволяющая наполнять информационный массив данных системы достоверной информацией об элементной базе системы.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты работы в виде методики анализа и синтеза систем газоснабжения приняты и внедрены в КБ «Арматура» – филиале ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, а также в учебный процесс по дисциплинам «Проектирование гидропневмосистем ракетно-космических комплексов», «Конструкции гидропневмосистем ракетно-космических комплексов» кафедры «Гидропневомавтоматика и гидропривод» Ковровской государственной технологической академии им. В.А. Дегтярева.

4

На защиту выносятся: 1. Система математических моделей установившегося неизотермичес-

кого течения реального газа в трубопроводах с дозвуковыми скоростями. 2. Методика автоматизированного проектирования систем

газоснабжения. 3. Структурно-логическая схема автоматизированной системы,

обеспечивающей решение разнообразных задач анализа и синтеза проектных решений СГС в рамках единой информационной технологии.

4. Алгоритм укрупненного автоматизированного проектирования СГС, отличающийся возможностью минимизации базовых параметров трубопроводов линий питания, а также высокой точностью расчета параметров источника питания.

5. Методика расчета гидравлических сопротивлений изделий арматуры, блоков и стоек с учетом взаимного влияния сопротивлений их элементов.

6. Алгоритм расчета расхода реального газа через дросселирующее отверстие, практически исключающий итерации при поиске критических параметров газа.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертацион-ной работы обсуждались в период с 2005 по 2010 г. на научно-технических семинарах кафедры «Гидропневомавтоматика и гидропривод» Ковровской государственной технологической академии им. В.А. Дегтярева, а также на следующих конференциях:

− V Всероссийская научно-практическая конференция с междуна-родным участием «Современные информационные технологии в науке, образовании и практике», Оренбург 2006;

− II Научно-техническая конференция аспирантов и молодых ученых «Вооружение, технология, безопасность, управление», Ковров 2007;

− XIII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», Томск 2007;

− III Научно-техническая конференция аспирантов и молодых уче-ных «Вооружение, технология, безопасность, управление», Ковров 2008;

− Международная научно-техническая конференция «Современные информационные технологии – 2008», Пенза 2008.

− IV Научно-техническая конференция аспирантов и молодых уче-ных c международным участием «Вооружение, технология, безопасность, управление», Ковров 2009;

5

− II Всероссийская межвузовская научная конференция «Наука и об-разование в развитии промышленной, социальной и экономической сфер регионов России», Муром, 2010.

Публикации по работе. По материалам диссертационных исследова-ний опубликовано 11 работ, в том числе 3 свидетельства о государствен-ной регистрации разработки в отраслевом фонде алгоритмов и программ и 2 статьи в изданиях, рецензируемых ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 172 страницах и состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 50 рисунков и 8 таблиц, включает список литературы из 117 наименований и 6 приложений.

Содержание работы

Во введении дана общая характеристика работы: представлен объект исследования и его особенности, предмет исследования, обоснована акту-альность темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, определены научная новизна и практическая цен-ность полученных результатов.

В первой главе проводится анализ особенностей СГС РКК, процесса их разработки и современного уровня его автоматизации. Выполняется формализация процесса разработки СГС. По результатам анализа опреде-ляются задачи исследования и формируются требования к программно-методическому комплексу анализа и проектирования СГС РКК.

Показывается, что системы газоснабжения ракетно-космических ком-плексов имеют существенные отличия от промышленных СГС.

Анализируется современный уровень автоматизации проектирования СГС и их элементов. Отмечается, что в направлении анализа и синтеза СГС имеется большой теоретический задел. Однако имеющиеся на рынке про-граммные средства не учитывают в полной мере специфику СГС РКК и не могут быть успешно использованы для их анализа и синтеза.

Рассматривается типовой технологический процесс разработки СГС. В общем случае при разработке СГС последовательно решаются задачи формирования структуры и синтеза основных параметров СГС, проектиро-вания элементов и фрагментов СГС, конструирования элементов и систе-мы, разработки конструкторско-технологической документации на элемен-ты и систему в целом. Задача анализа и синтеза СГС является относитель-но самостоятельной и может рассматриваться отдельно. Эта задача форма-лизуется и представляется в виде логической схемы (рис. 1). В централь-ном столбце схемы перечислены проектные процедуры, слева – информа-ционное обеспечение, справа – формируемая в ходе выполнения процедур

6

документация. Процесс разработки СГС проводится в соответствии с клас-сическим принципом декомпозиции–композиции. Результаты, полученные на каждом этапе анализируются на соответствие требованиям техническо-го задания и в случае необходимости осуществляется возврат к предыду-щей процедуре (обратные связи, характерные для каждой из процедур, на схеме не указаны).

Техническое задание

Поиск и выбор прототипа

Пр1

Формирование планаразмещения и блок-схемы Пр2

Формирование структурных схем

Пр3

Формирование принципиальных схем

(идентификация)

Пр4

Формирование блок- схем и спецификаций

стоек, блоков

Пр5

Анализ вариантов, выбор проектного

решения

Пр6

План размещения и блок-схема СГС

Д1

Принципиальные схемы ЛП, ИП, СЗ и их характеристики

Д3

Структурные схемы ЛП, ИП, СЗ

Д2

Состав стоек, блоков и их характеристики

Д4

Архив проектов СГС

Б1

Архив планов размещения и блок-схем Б2

БД стоек и блоков Б5

БД изделий арматуры,

сопротивлений блоков и стоек

Б4

БД структур ЛП, ИП, СЗ

Б3

ЧТЗ на проектирование изделия арматуры

К подсистеме проектирования арматуры

К процедурам 1-5

Вариант удовлетворяет ТЗ?

Формирование документации на системуПр7 Документация

на проект Д5

На печать В архив К следующему этапу проектирования

Нет

Да

Рис.1. Блок-схема процесса анализа и проектирования СГС

На основе проведенного анализа обосновывается актуальность данной работы, формулируется цель и основные задачи исследования.

7

Вторая глава посвящена разработке единого в своей основе матема-тического обеспечения для решения разнообразных задач анализа и синте-за, возникающих в процессе разработки СГС, их подсистем и компонентов.

Решается вопрос о выборе базовых уравнений состояния: классиче-ского уравнения Клапейрона-Менделеева (идеальный газ) и двух уравне-ний реального газа: Редлиха-Квонга и полиномиального. Использование указанных уравнений состояния при построении математического обеспе-чения системы проектирования СГС образует надежную основу для реше-ния задач анализа и синтеза в широком диапазоне изменения параметров га-за.

Представлена система математических моделей для анализа процес-сов, протекающих в трубопроводах. В качестве базовой предложена обоб-щенная математическая модель установившегося течения газа в трубопро-водах, базирующаяся на основных уравнениях газовой динамики для урав-нений состояния различного вида, справедливая для дозвуковых скоро-стей, отражающая гидравлические потери и теплообмен. Из нее последова-тельным упрощением получены модели меньшей степени детализации (рис. 2).

Исходная ММ представляет собой систему одномерных уравнений га-зовой динамики при учете гидравлических потерь на трение и теплообмена с внешней средой, которые замыкаются термическим и калорическим уравнениями состояния. Гидравлические потери на трение учитываются по формуле Дарси-Вейсбаха, теплообмен – в форме закона Фурье. После пре-образований и разрешения системы уравнений относительно давления и температуры получена общая модель установившегося течения газа:

2

2

1

11

M

Mc

chw

G

q

T

whT

T

wTdx

dpp

p

p

,

2

2

1

1

M

Mc

chw

G

q

T

wTwh

G

q

cdx

dT

p

p

p

,

где p – давление газа, T – температура газа, w – удельный объем, cp, cw – удельные теплоемкости при постоянном давлении и объеме соответствен-но, h – энтальпия, M – число Маха, G – расход газа.

Из общей математической модели при малых скоростях движения (М<<1) получена упрощенная модель, содержащая уравнения:

hdx

dp ; Т

p

hGc

q

dx

dT ,

8

где νТ – эффект Джоуля-Томсона. Выражения для величин, входящих в уравнения, зависят от выбранной формы уравнения состояния.

Общая математическая модель

установившегося течения газа в газопроводе

Идеальный газ Газ Редлиха-Квонга

Допущение о форме уравнения состояния

Полиномиальный газ

Ограничение по скорости движения газа

0,1 < M < 1 Полная модель

0 < M < 0,1 Упрощенная модель

Учет влияния теплообмена и гидравлических потерь

h = 0 Тепловые расчеты Формула Шухова

q = 0

Допущение о форме изопроцесса

T = const Формула

Дарси-Вейсбаха

s = const Формула

Сен-Венана

Рис. 2. Система математических моделей установившегося течения газа в газопроводе

Предложен алгоритм расчета расхода реального газа (рис. 3), в кото-ром используется относительно постоянный показатель изоэнтропийного

процесса ns, введенный Шехтманом:

1

11

p

ДТ

s cwzRn

, где z – коэф-

фициент сжимаемости газа, R – газовая постоянная. Начальное приближение критического отношения давления довольно

точно определяется с использованием адиабаты реального газа n (в прото-типах используется малоэффективный метод деления отрезка пополам). Циклы расчета содержат не более трех итераций, поскольку в них исполь-зуется уравнение адиабаты с показателем ns. Таким образом, предлагаемый алгоритм является более экономичным, что имеет важное значение при моделировании динамических процессов, где процедура расчета реального газа является массовой.

9

Нет

Да

Докритический режим

Возможен критический режим

Да Докритический

режим

Нет

Нет

Исходные данные

Определение показателя адиабаты n

Определение отношений кр, кр.к, 31

Да 31 кр.к?

i=1, m

Вычисление давления p2i

Вычисление температуры T2i по уравнению адиабаты с показателем изоэнтропы ns

next i

Расчет расхода G2

Определение количества шагов расчета m

Цикл расчета параметров газа

Цикл расчета параметров газа

|M2 – 1| М?

Определение скоростей газа v2, aг2 и числа Маха М

Коррекция значения p2

p3 p2кр

Расчет расхода G2 по критическим параметрам

Останов

Цикл расчета параметров газа

Рис. 3. Блок-схема алгоритма расчета расхода газа с использованием показателя изоэнтропы

Далее приводится система моделей, отражающих динамические про-

цессы в газовых емкостях, включающая модели идеального и реального га-зов, различающиеся способом учета теплообмена: адиабатические, изотер-мические, с учетом теплообмена в форме конвекции.

Проводится анализ областей применимости математических моделей различной степени детализации. Анализ выполняется для воздуха в типич-ном для функционирования СГС диапазоне давлений 0,1…40 МПа при температурах ±100° С. Важной характеристикой, которую нужно учиты-вать как при расчете источников питания, так и потерь давления в линиях питания СГС, является коэффициент сжимаемости газа z. Общего удобно-го для применения аналитического решения этой задачи не существует. В работе приведены графики изменения коэффициента сжимаемости и по-грешность расчета плотности газа для различных уравнений состояния (рис. 4). Сделаны выводы, что погрешность расчета коэффициента сжи-маемости идеального газа может превышать 35%. Применение уравнения идеального газа обеспечивает приемлемую погрешность лишь в узком диапазоне параметров – при давлениях до 20 МПа и температуре ±50 °С. Погрешность для газа Редлиха-Квонга не превышает 4% на всем анализи-

10

руемом диапазоне, это уравнение рекомендуется применять для проведе-ния инженерных расчетов. Полиномиальное уравнение применяется в слу-чаях, когда требуется максимальная точность расчетов.

Рис. 4. Оценка погрешности расчета плотности газа при различных температурах: слева – по уравнению

идеального газа, справа – по уравнению Редлиха-Квонга

В главе также выполнена оценка погрешности расчета расхода иде-ального газа в сравнении с реальным; исследовано влияние скорости газа на точность расчета потерь давления в трубопроводе по традиционной формуле Дарси-Вейсбаха при учете свойств реального газа.

В третьей главе представлено и детально описано методическое

обеспечение предложенной автоматизированной системы анализа и проек-тирования СГС.

Приводится структурно-логическая схема автоматизированной систе-мы анализа и проектирования систем газоснабжения ракетно-космических комплексов (см. рис. 5).

В качестве основных составляющих АС включает две взаимосвязан-ные аналитические подсистемы: «Проектирование СГС», реализующую укрупненный алгоритм проектирования фрагментов СГС и подсистему «Анализ СГС», позволяющую уточнять характеристики спроектированных элементов и фрагментов СГС. Процесс проектирования поддерживается подсистемой «Информационная поддержка», включающей базы данных рабочих тел, характеристик изделий арматуры, а также классификации и схемные решения СГС.

В главе изложена методика укрупненного синтеза систем газоснабже-ния. Логическая схема процесса проектирования приведена на рис. 6. Осо-бенностью методики является минимизация диаметров трубопроводов в линиях питания при соблюдении заданных ограничений на потери давле-ния и скорость движения газа в трубопроводе.

11

Методика определения гидравлических сопротивлений

Методика проектирования СГС

Документация к программному обеспечению

Схемы блоков, стоек

Средства заправки

Баллоны

Трубопроводы

Структурные и принцип. схемы ЛП

Подсистема «Анализ СГС»

ПСА1. Свойства газов ПСА2. Расход газов ПСА3. Газопровод (статика ЛП) ПСА 4. Гидравлика (статика ЛП) ПСА5.Анализ ИП и СЗ (динамика)

Подсистема «Проектирование СГС»

1.Формирование структуры и расчет параметров ЛП

(по участкам)

2.Формирование структуры и расчет параметров ИП

3.Формирование структуры и расчет параметров СЗ, ЛЗ

4. Документирование

Подсистема «Информационная поддержка»

Арматура

Материалы

Рабочие тела

Архив проектов

Текущий проект

Система

управления

СУБД и базы данных Методическое обеспечение

Нормативно -справочные материалы

Подсистема

«Докум

ентирование»

Экспресс-отчет (схемы, таблицы,

графики)

Проектная документация

(ПЗ, схемы, спецификации)

Модуль

взаимодействия

с внеш

ними

прилож

ениям

и

Microsoft Word

Microsoft Excel

Рис. 5. Структурно-логическая схема автоматизированной системы анализа и проектирования

Приводится методика формирования принципиальных схем систем га-зоснабжения (решение задачи идентификации структурных схем).

Приводится методика расчета гидравлических сопротивлений изделий газоавтоматики с учетом взаимного влияния их элементов. В ней исполь-зованы результаты экспериментальных данных по исследованию взаимно-го влияния диафрагм. Сущность методики заключается в разбиении анали-зируемого изделия на элементарные гидравлические сопротивления, заме-не на эквивалентные диафрагмы и определении коэффициентов интерфе-ренции согласно экспериментальным данным. Суммарное гидравлическое сопротивление анализируемого изделия определяется по принципу супер-позиции.

В главе 4 приведены примеры практического использования АС и ме-тодики для решения задач анализа и синтеза применительно к системе га-зоснабжения. Объектом проектирования является подсистема обеспечения азотом (ПСОА) системы газоснабжения 2Г82.

СГС

12

Определение параметров выходного участка ЛП

Определение параметров входного участка ЛП

Поверочный расчет параметров ЛП

Определение характеристик ИП

Определение характеристик СЗ

Ввод/редактирование исходных данных

Цикл закончен? Нет

Цикл закончен? Нет

Удовлетворяет ТЗ?Нет

Корректировка данных

Удовлетворяет ТЗ?Нет

Корректировка данных

Удовлетворяет ТЗ?Нет

Корректировка данных

Определение параметров линий заправки

Формирование документации на систему

Удовлетворяет ТЗ?Нет

Корректировка данных

Определение параметров ЛП

1. Определение (корректировка) началь–ного значения диаметра трубопровода

2. Определение скорости газа и числа М

3. Определение сопротивлений трубопровода, блока арматуры, участка

4. Определение начального давления

М или р равны ограничениям?

Нет

Да

Формирование параметров блоков регулирования БР

6. Выбор диаметра трубопровода и поверочный расчет параметров ЛП

Определение параметров ИП

1. Определение масс газа: в ЛП, выдаваемой и суммарной

2. Выбор типоразмера баллона

3. Определение начальной и конечной массы газа в баллоне

4. Определение массы газа, выдаваемой из одного баллона

5. Определение потребного количества баллонов в ресивере и коэффициента запаса

Определение параметров СЗ

1. Формирование структуры СЗ

2. Определение производительности средств заправки и времени заправки

3. Определение температуры окончания заправки

4. Определение времени термостатирования

5. Определение времени дозаправки и общего времени заправки

5. Определение абсолютных и относительных потерь давления р

Рис. 6. Логическая схема укрупненного синтеза СГС

На основе исходных данных выполнено укрупненное проектирование отдельно для линий высокого и низкого давления. Экранные формы про-граммы с исходными данными и результатами расчетов приведены на рис. 7. С использованием соответствующей методики выполнена иденти-фикация структурой схемы ЛП. Пример запроса к базе данных изделий ар-матуры для отбора фильтров, удовлетворяющих требованию по рабочему давлению 40 МПа, приведен на рис. 8. Сформирована принципиальная схема стойки выдачи азота высокого давления (рис. 9) и ее спецификация; проведен гидравлический расчет, в результате которого уточнены пара-метры ЛП. Выполнен расчет динамики процесса выдачи газа из источника питания, в результате которого получено более точное значение конечной температуры газа в баллонах. Выполнен расчет процесса заправки источ-ника питания: динамики изменения температуры и давления в баллонах источника в ходе процессов заправки и термостатирования, разработана технология процесса заправки источника питания. Также выполнен тепло-

13

гидравлический расчет линии выдачи азота высокого давления, позволив-ший учесть потери давления и изменение температуры в ЛП.

Рис. 7. Исходные данные для проектирования и протокол расчета линии высокого давления

Рис. 8. Пример запроса к базе данных изделий арматуры

Анализ процесса проектирования и результатов расчетов показывает, что предлагаемая методика и автоматизированная система позволяют в ко-роткие сроки с высокой точностью решать поставленные задачи, а потому является средством повышения эффективности процесса проектирования и технического уровня СГС.

В заключении изложены основные результаты диссертационной ра-боты, подтверждающие ее завершенность; отмечена их практическая зна-чимость.

В приложениях приведены зависимости для расчета теплообмена, ал-горитмические модели для расчета термодинамических свойств газов, ал-горитм укрупненного синтеза СГС, зависимости для расчета гидравличе-ских сопротивлений типовых элементов; акты внедрения и использования основных результатов работы.

14

УД47

ВН1

Ф1 Ф2 Ф3

ЭК1 ЭК2 ЭК3 ЭК4 РД1 ВН2

ВН3 ДРН1 ДРН2

КР1

КР2

ВН4 ВН5 КП1 КП2

РД2 РД3 ДРН4 ДРН3

КО1 КО2

КЭ1 КЭ2

ДРН5 ДРН6

МН1 МН2

РД4 РД5 КО3 КО4 КО5 КО6

ВН7

Ф4 Ф5 Ф6

ВН8 ВН9

Дренаж Дренаж

БЛОК ВХОДНОЙ

БЛОК РЕГУЛИРУЮЩИЙ

БЛОК ВЫХОДНОЙ

СТОЙКА ВЫДАЧИ СВ210

ВН6

Рис. 9. Принципиальная схема стойки выдачи азота высокого давления

Основные результаты работы

1. Формализован процесс анализа и синтеза СГС с точки зрения по-следовательности решаемых задач, необходимого информационного обес-печения и получаемых результатов.

2. Сформулированы основные требования, предъявляемые к автома-тизированной системе анализа и проектирования СГС, сформирована ее структурно-логическая схема.

3. Выбраны базовые уравнения состояния газа, разработана система математических моделей рабочих процессов в элементах СГС.

4. Обоснована достоверность математических моделей, входящих в систему, сформированы критерии и методические рекомендации по облас-тям их применимости, что позволяет пользователю выбрать рациональную модель для решения конкретной задачи в процессе анализа и синтеза соз-даваемой системы.

15

5. Разработана методика автоматизированного проектирования СГС, которая позволяет оперативно и целенаправленно решать задачи анализа и синтеза систем газоснабжения и их элементов, повышая эффективность процесса проектирования и технический уровень создаваемых систем.

6. Разработан алгоритм укрупненного автоматизированного синтеза СГС, отличающийся возможностью минимизации базовых параметров трубопроводов линий питания, а также высокой точностью расчета пара-метров источника питания, что позволяет оптимизировать требуемые запа-сы газа и уменьшить массогабаритные характеристики систем.

7. Разработана методика расчета гидравлических сопротивлений изде-лий арматуры, блоков и стоек с учетом взаимного влияния сопротивлений их элементов, которая позволяет обеспечить пополняемость информаци-онной базы данных для расчетов СГС.

8. Предложен алгоритм расчета расхода реального газа через дроссе-лирующее отверстие, использующий показатель изоэнтропы и практически исключающий итерации при поиске критических параметров газа.

Основной итог диссертационной работы заключается в разработке объектно-ориентированной системы и методики автоматизированного ана-лиза и синтеза систем газоснабжения ракетно-космических комплексов, позволяющей повысить эффективность процесса проектирования и техни-ческий уровень создаваемых систем газоснабжения.

Полученные в ходе выполнения диссертационной работы теоретиче-ские и прикладные результаты внедрены на предприятии КБ «Арматура» – филиал ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, а также в учебный процесс Ковров-ской государственной технологической академии им. В.А. Дегтярева при подготовке специалистов в области проектирования гидропневмосистем.

Публикации по теме диссертации

В изданиях по перечню ВАК 1. Котов, В.В. Автоматизация проектирования систем газоснабжения

ракетно-космических комплексов [Текст] / В.В. Котов // Вестник ЮУрГУ. Сер. Машиностроение. – 2009. – №11 (144). – С. 36-40.

2. Котов, В.В. Методика автоматизированного проектирования сис-тем газоснабжения ракетно-космических комплексов [Текст] / В.В. Котов // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2010. – №3. – Т. 6. – С. 106-108.

В остальных изданиях 3. Котов, В.В. Автоматизация гидравлических расчетов изделий

пневмоавтоматики [Текст] / В.В. Котов, Е.М. Халатов // Вооружение. Тех-нология. Безопасность. Управление: материалы II научно-технической

16

конференции аспирантов и молодых ученых. Ч. 1. – Ковров: КГТА, 2007. – С. 206-212 (соискатель 50%).

4. Котов, В.В. Автоматизированная система анализа и проектирова-ния систем газоснабжения [Текст] / В.В. Котов, Е.М. Халатов // Вооруже-ние. Технология. Безопасность. Управление: материалы III научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых. В 3 ч.– Ковров: КГТА, 2008. – Ч. 1. – С. 175-180 (соискатель 50%).

5. Котов, В.В. Автоматизированный программный комплекс анализа и проектирования систем газоснабжения [Текст] / В.В. Котов, Е.М. Хала-тов // Вооружение. Технология. Безопасность. Управление: материалы IV межотраслевой конференции аспирантов и молодых ученых. В 3 ч.– Ков-ров: КГТА, 2009. – Ч. 2. – С. 17-20 (соискатель 50%).

6. Котов, В.В. К вопросу об автоматизации проектирования систем газоснабжения [Текст] / В.В. Котов, Е.М. Халатов // XIII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых уче-ных «Современные техника и технологии»: Труды в 3 т. – Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – Т. 2. – С. 362-364 (соискатель 50%).

7. Котов, В.В. Современные информационные технологии в проек-тировании систем газоснабжения [Текст] / В.В. Котов, Е.М. Халатов // Со-временные информационные технологии: Сборник статей международной научно-технической конференции. Вып. 8. – Пенза: ПГТА, 2008. – С. 160-161 (соискатель 50%).

8. Автоматизированная система «Анализ и проектирование систем газоснабжения специального назначения» [Текст]: Свидетельство об от-раслевой регистрации разработки / Котов В.В., Халатов Е.М. – № 12239 от 29.01.2009 (соискатель 50%).

9. Термодинамические и теплофизические свойства газов [Текст]: Свидетельство об отраслевой регистрации разработки / Котов В.В., Боро-дачев С.М., Никишкин С.И. – № 12241 от 29.01.2009 (соискатель 33%).

10. Расчет взаимного влияния элементарных гидравлических сопро-тивлений [Текст]: Свидетельство об отраслевой регистрации разработки / Котов В.В., Косорукова О.В., Халатов Е.М. – № 12245 от 29.01.2009 (соис-катель 33%).

11. Котов, В.В. К вопросу об автоматизации проектирования систем газоснабжения специального назначения [Электронный ресурс] / В.В. Ко-тов // Наука и образование в развитии промышленной, социальной и эко-номической сфер регионов России: II Всероссийские научные Зворыкин-ские чтения. Сб. тез. докладов II Всероссийской межвузовской научной конференции. – Муром: МИ ВлГУ, 2010. – С. 140-141. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – № гос. регистрации 0321000182.