К расчету противодействующих сил газораспределительного клапана с шариковым переключающим элементом и каналом разгрузки

Abstract

Общее описание темы исследования. Рассматривается предлагаемая авторами возможность повышения быстродействия газораспределительного клапана с шариковым переключающим элементом и каналом разгрузки. Актуальность темы. Подобные клапаны широко применяются в различных отраслях, в частности, в аэрокосмической технике, где быстродействие является одной из важнейших характеристик. Целью статьи является расчетное обоснование предлагаемой возможности повышения быстродействия клапана, связанной с изменением конфигурации его газодинамической системы, на базе мультифизической модели происходящих в нем процессов, и проведение на основе разработанной модели расчета сил, противодействующих движению якоря электромагнита, на примере одного из клапанов, применяемых в ракетно-космической технике, в исходной и предлагаемой конструкциях клапана. Метод исследований, научная новизна. Расчет движения нагретого газового потока базируется на численном решении уравнений Навье-Стокса и уравнения теплового состояния стационарного газового потока с учетом сложных нелинейных зависимостей от температуры основных теплофизических характеристик сжатого газа – плотности, вязкости, теплоемкости и теплопроводности. Практическая значимость и основные выводы. Разработанная нелинейная мультифизическая модель течения газового потока позволяет рассчитывать силы, действующие на шариковый переключающий элемент газораспределительного клапана. Расчеты, проведенные на базе данной модели, показывают, что предложенная конфигурация газодинамической системы клапана позволяет существенно (до 30%) уменьшить силы, препятствующие движению якоря электромагнита и, таким образом, повысить быстродействие клапана.General description of the topic. The possibility of increasing the speed of a gas distribution valve with a ball switching element and a discharge channel, proposed by the authors, is considered. Relevance of the topic. Such valves are widely used in various industries,in particular, in aerospace engineering, where performance is one of the most important characteristics. The aim of the articleis to calculate the rationale for the proposed possibility of increasing valve speed associated with changing the configuration of its gas-dynamic system, based on a multiphysical model of processes occurring in it, and based on the developed model for calculating forces opposing the movement of an electromagnet armature, used in rocket and space technology, in the original and proposed valve designs. Research method, scientific novelty.The calculation of the motion of a heated gas flow is based on the numerical solution of the Navier-Stokes equations and the equation of thermal state of a stationary gas flow, taking into account the complex non-linear dependencies on temperature of the main thermophysical characteristics of a compressed gas - density, viscosity, heat capacity and thermal conductivity. Practical significance and main conclusions. The developed nonlinear multiphysical model of gasflow allows one to calculate the forces acting on the ball switching element of the gas distribution valve. Calculations made on the basis of this model show that the proposed configuration of the valve's gas-dynamic system allows significantly (up to 30%) to reduce the forces that impede the movement of the armature of the electromagnet and, thus, to increase the valve speed.