Влияния различных формулировок граничных условий на внутреннее акустическое давление и вибронагружение отсека летательного аппарата

При оценке виброакустического нагружения составных частей ракеты с помощью конечно-элементного моделирования вследствие сложности конструкции и её больших пространственных масштабов в сравнении с длинами волн на высоких частотах, анализ изделия в целом не представляется возможным. Поэтому на практике приходится рассматривать отдельные конструктивные группы (отсеки, топливные баки ракет, головную часть). Данная ограниченная модель в результате проведения расчётов при жёсткой фиксации может давать искажённые характеристики виброакустических параметров, такие погрешности будут тем выше, чем короче рассматриваемый отсек. Для решения указанной проблемы предлагается использовать балочные конечные элементы, моделирующие недостающие составные части ракеты, что должно позволить учесть недостающие формы колебаний, распространяющиеся вдоль всего её корпуса и воздействующие на исследуемый отсек, а также на динамичность его торцевых шпангоутов. В этой связи в рамках предлагаемой статьи была разработана конечно-элементная модель подкрепленной обечайки сухого отсека ракеты-носителя, выполненного из плоских и твердотельных конечных элементов, с размещенными внутри него кронштейнами с приборами, представляющими сосредоточенные массы с заданными центровочными и инерционными характеристиками. Данные структурные элементы, описываемые системой уравнений осциллятора, в модели контактируют с акустическими (жидкостными) элементами, с помощью которых решаются волновые уравнения акустики. Недостающие части ракеты-носителя моделировались с помощью балочных элементов с учетом имеющейся конструкции тоннельных трубопроводов, заправки баков, двигательных установок и т.д. Балочная конструкция ракеты соединена со шпангоутами отсека упругими контактирующими элементами. Решение полученных систем уравнений позволило найти перемещения конструктивных конечных элементов и пульсаций давления в акустической области. Представлены расчёты при различных граничных условиях, представляющих из себя учёт низкочастотных колебаний, возникающих при работе двигателя, и их влияние на внутреннее акустическое давление и динамику конструкции с учетом балочной части модели и без нее.