Разработка метода тепловой защиты элементов поверхности гиперзвуковых летательных аппаратов путём щелевого вдува газа

На пустых баллонах сделать надпись мелом «Пустой».

Баллоны с ядовитыми газами должны храниться в специальных закрытых помещениях, устройство которых регламентируется соответствующими нормами и положениями. Баллоны со сжатыми и сжиженными газами могут храниться как в специальных помещениях, так и на открытом воздухе, в последнем случае они должны быть защищены от атмосферных осадков и солнечных лучей.

Складское хранение в одном помещении баллонов с кислородом и горючими газами запрещается.

Наполненные баллоны, с насаженными на них башмаками, должны храниться в вертикальном положении. Для предохранения от падения баллоны должны устанавливаться в специально оборудованные гнезда, клетки или ограждаться барьером.

Баллоны, которые не имеют башмаков, могут храниться в горизонтальном положении на деревянных рамах или стеллажах. При хранении на открытых площадках разрешается укладывать баллоны с башмаками в штабеля с прокладками из веревки, деревянных брусьев или резины между горизонтальными рядами.

При укладке баллонов в штабеля высота последних не должна превышать 1,5 м. Вентили баллонов должны быть обращены в одну сторону.

Склады, кладовые для хранения баллонов должны оборудоваться достаточным количеством специальных клеток (не более 20 баллонов каждая) с устройством, предохраняющим баллоны от падения. Баллоны с газами, устанавливаемые в помещениях, должны находиться от радиаторов отопления и других отопительных приборов на расстоянии не менее одного метра. Проходы между рядами должны быть не менее 1,6м.

Противопожарный режим.

По пожарной безопасности данное производство относится [12] к категории Г., здание по огнестойкости относится к III степени, где стены, колонны - несгораемые, несущие конструкции междуэтажных и чердачных перекрытий - трудно сгораемые, плиты, настилы и др. покрытия несущих конструкций - сгораемые.

Основными причинами возможного возникновения на нашем заводе пожаров от электрического тока является короткое замыкание, перегрузки электрических установок, переходные сопротивления и искрения.

Большую опасность представляет искрение в помещениях, в которых имеется пожароопасная пыль. Пары легковоспламеняющихся жидкостей и горючие газы, образующие с газом взрывоопасные концентрации, а так же твердые легковоспламеняющиеся материалы, как в помещении мастерских и хранения и заливки масла.

Во избежание пожаров от электрического тока электрические сети и электрооборудование отвечают всем требованиям правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и правил ТБ при эксплуатации электроустановок потребителей и категории электро-безопасности.

В комплексе установок УТ-1М назначен ответственный человек за эксплуатацию электрохозяйства, за обеспечение пожаробезопасности электроустановок и электросетей.

В его обязанности входит [12]:

а) своевременное проведение профилактических осмотров и ППР;

б) следить за правильностью выбора и применения оборудования;

в) систематически контролировать состояние аппаратов, предохраняющих от отклонений в режимах работы;

г) следить за наличием средств пожаротушения;

д) организовать систему обучения и инструктаж по вопросам обеспечения пожаробезопасности.

Все установки комплекса УТ-1М являются пожаробезопасными, в нерабочее время их обесточивают и защищают от отклонений, способных привести к пожарам.

Пользование электронагревательными приборами допускается только в специально выделенных и оборудованных для этих целей местах, расположенные на безопасном расстоянии от огнеопасных очагов (хим. веществ). Приборы включают только при наличии штепсельных соединений заводского типа.

В комплексе установок УТ-1М не допускается прохождение воздушных линий электропередачи и электропроводов над сгораемыми кровлями, навесами и т.д.

Осветительная электросеть смонтирована так, чтобы светильники не соприкасались со сгораемыми конструкциями и горючими материалами. Электроприборы не реже 2-х раз в месяц очищаются от горючей пыли.

Причиной пожаров может быть так же курение в неположенном месте, что сразу пресекается на месте и штрафуется, вплоть до административного выговора.

Строгие требования к соблюдению необходимого противопожарного режима обязывают всех находящихся на территории стенда знать и неуклонно выполнять все правила противопожарной безопасности [12]:

Территория стенда, рабочие и вспомогательные помещения должны находится в чистоте;

Все работы с применением открытого огня и искрообразующих аппаратов (электро и газовая сварка) могут производится только с разрешения начальника стенда;

Не разрешается использовать противопожарный инвентарь не по назначению (пользование пожарным щитом, кранами и др.).

На всей территории стенда запрещается [12]:

Курение, кроме специально отведенных мест;

Пользование персональными лампами напряжением свыше 12В;

Хранение горючего на территории стенда и в производственных помещениях;

Использование нагревательных приборов без письменного разрешения;

Пользоваться в целях освещения спичками и зажигалками;

Выливать горючие жидкости в канализационную систему;

Заграждать проходы к противопожарному инвентарю и все входы и выходы [12].

В комплексе УТ-1М предусмотрены следующие противопожарные мероприятия [12]:

а) наличие необходимого количества выходов

б) наличие в цеху минимум одного ящика с песком, установленного вблизи с предполагаемыми очагами возгорания

в) пожарная сигнализация (в каждом крупном цехе или корпусе)

Основными огнетушащими веществами, применяемыми на нашем заводе, являются:

вода, песок, пены, поверхностно-активные вещества, порошки, углекислота, инертные газы.

В случае пожарной опасности все лица, находящиеся на территории стенда, вступают в непосредственное подчинение инженера-начальника смены стенда.

Выводы по главе 5

1. Мероприятия по эксплуатации баллонов со сжатыми газами соответствуют нормам .

3. Противопожарный режим соответствует уровню пожарной опасности установки и обеспечивает безопасные условия труда.

4.Оборудование соответствует ГОСТам и нормам.

5.Все рабочие условия соответствуют нормам безопасности работы.

6.Персонал, работающий на станках, имеет соответствующую спец. одежду.

7.К рабочему месту допускаются только инструктированные работники, прошедшие курс по технике безопасности.



6. Экономическая часть

Определение стоимости экспериментальных исследований

В экономической части данного дипломного проекта рассматривается определение стоимости эксперимента в АДТ УТ-1М модели острого клина, разработанной в соответствии с ТЗ.

В конечном итоге мы сравним стоимость проведения эксперимента модели острого клина и усовершенствованной модели острого конуса .

Как правило, сумма затрат на подготовку программы, проведение экспериментов (испытаний) и обработку результатов включает:

;

- затраты на подготовку программы исследований;

- себестоимость эксперимента на установке;

- продолжительность эксперимента;

- затраты на обработку результатов.

Посчитаем затраты на проведение аэродинамического эксперимента модели острого клина и сравним с затратами для острого конуса.

Затраты на подготовку эксперимента

Спэ = Сзп + Су + Скос, где:

Спэ - себестоимость подготовки эксперимента;

Сзп - основная и дополнительная заработная плата научно-технических работников;

Су - стоимость услуг;

Скос - косвенные расходы;

Суммарные расходы на заработную плату

Суммарные расходы на заработную плату включают в себя расходы на основную и дополнительную заработную плату научно-технических работников, единый социальный налог.

Специальность	Месячный оклад (руб.)	Кол-во человек	Отработанный план (дн.)	Коэф. занятости	Осн. ЗП (в т.ч. премия 50%)
Нач. лаборатории	35000	1	24	1	52500
Нач. установки	25000	1	24	1	37500
Вед. инженер	21000	1	24	1	31500
Программист	28000	1	24	1	42000
Техник	13000	2	24	1	39000

Основная зарплата:

ОснЗп = (?Сднi*nпi*пi*Кзi)*Кпр =

=(202500/24 *6*5*1)*0.5=126 562,5 руб.,

где: Сдн - дневная зарплата категории работников;

nп - количество человек персонала, готовящего эксперимент;

п - время работы категории работников;

Кз - коэффициент загрузки категории работников;

Кпр - коэффициент премирования по работе (премия -50%);

Дополнительная зарплата:

ДопЗп = 0сн3п*0,15 =18 984,37 руб.

Отчисления на социальное страхование (Единый социальный налог):

Единый социальный налог - 30% (Кесн = 0.30 )в т.ч.

- отчисления в пенсионный фонд - 22%

- отчисления на соц. страхование - 2,9%

- отчисления на мед. страхование -5,1%

Отчисления на ЕСН = Кесн *(ОснЗп+ДопЗп) = 43 664,06 руб.

Суммарные расходы на заработную плату:

Сзп = ОснЗп + ДопЗп + СоцОтч = 189 210,93 руб.

Стоимость услуг по подготовке эксперимента

Стоимость услуг (Су) включает затраты на изготовление модели.

Затраты на изготовление модели:

Смод = Снмч*tмод,

Снмч - стоимость нормочаса

tмод - время изготовления (час)

По данным ППО (планово-производственного отдела) опытного производства института (ОПИ) калькуляция нормочаса с накладными расходами составляет:

Снмч = 975 руб,

tмод = 250 часов

Смод = 975* 250 = 243 750 руб

Су = Смод = 243 750 руб.

Косвенные расходы на подготовку эксперимента

Скос = Ккр*0сн3п,

где: Ккр - коэффициент косвенных расходов

Ккр = 2,5 где:

80% - отделенческие расходы;

90% - институтские;

Скос = 1,7 * 126 562,5 = 215 156,25руб.

Подведём итог расчёта себестоимости подготовки эксперимента:

Сзп = 189 210,93 руб.

Су = 243 750 руб.

Скос = 215 156,25руб.

Спэ = Сзп + Су + Скос = 648 117,18 руб.

Себестоимость проведения аэродинамического эксперимента.

Для расчета себестоимости проведения аэродинамического эксперимента Cаэ необходимо рассчитать себестоимость одного часа работы экспериментальной установки Сэуф .

Саэ = Сэуф*фэ ,

где фэ - время работ экспериментальной установки.

Себестоимость одного часа работы экспериментальной установки равна:

Сэуф = Сэф+ Сзп + Са + Скосв + Ен*Кф, где:

Сэф - часовые топливно-энергетические расходы;

Сзп - средняя часовая заработная плата персонала установки;

Са - часовые расходы на амортизацию;

Скосв - косвенные расходы в расчете на один час работы;

Ен - нормативный коэффициент экономической эффективности;

Кф - часовые капиталовложения в эксперимент;

По данным планового отдела в таблице 1 приведены данные плановой калькуляции заработной платы персонала трубы.

Количество рабочих дней в году 249.

Потери на ремонт и модернизацию аэродинамической трубы составляют 30 дней.

Специальность	Месячный оклад (руб.)	Кол-во человек.	Сумма окладов руб	Сумма (вт. ч. премия 50%) руб.
Нач.трубы	25000	1	25000	37500
Слесарь	20000	1	20000	30000
Техник	14000	2	28000	42000
Инженер	20000	1	20000	30000
Итого в месяц	79000	5	93000	139500
Итого в год	948000	5	1116000	1674000

Количество рабочих дней в году с учетом потерь на ремонт и модернизацию трубы составляет:

248 - 5 = 243 дней.

Годовые расходы по заработной плате при работе трубы с потоком получаем:

1 674 000 * 243 = 1 640 250 руб.

248

Аэродинамическая труба выдает в среднем за год 850 пусков, количество поточных часов в среднем составляет 50 часов.

Расходы по заработной плате за один час работы трубы с потоком составляют:

Сзп= 1 116 000 = 22 320 руб.

50

Накладные расходы:

Отделенческие - 80%

Институтские - 90%

Ккосв= 1.7

Скосв= 22320* 1.7 = 37 944руб/час.

Стоимость электроэнергии на один пуск:

Расходы электроэнергии за один час работы трубы составляют 1200 кВт/час

1квт/час стоит 6 руб.

Сэф=6*1200 = 7 200 руб/час.

Часовые расходы на амортизацию:

Са = Сэу/ф = 9,9 руб/час.

Сэу - стоимость экспериментальной установки (балансовая стоимость)

Сэу = 2 600 000 руб.

ф - амортизационный ресурс

ф = 30*365*24 = 262 800 часов

Часовые капиталовложения:

Кф = Сэу/Вг = 2 600 000 руб./ 50 = 52 000 руб/час.

Сэу - стоимость экспериментальной установки

Вг - годовой фонд времени работы установки (Вг = 50 часов)

Таким образом:

Себестоимость одного часа работы экспериментальной установки

Сэуф = Сэф + Сзп + Ca + Скосв + Eн*Кф

Сэф = 7 200 руб.

Сзп =22 320 руб.

Са = 9,9 руб.

Скосв = 37 944 руб.

Ен*Кф = 7 800 руб, где Ен - нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (Ен =0.15 )

Сэуф = 75 273.9 руб/час.

Себестоимость эксперимента на установке:



Саэ = Сэуф*фэ = 75273,9 * 4 = 301 095,6 руб.

Сэуф - себестоимость одного часа работы экспериментальной установки

фэ - продолжительность эксперимента

фэ = 4 ч.

Затраты на обработку результатов эксперимента:

Сор = Сзп + Су + Скос, где:

Сзп - основная и дополнительная заработная плата научно-технических работников;

Су - стоимость услуг;

Скос - косвенные расходы;

Суммарные расходы на заработную плату

Суммарные расходы на заработную плату включают в себя расходы на основную и дополнительную заработную плату научно-технических работников, единый социальный налог.

Оснзп = ?Сднi * nпi * ппi * Кзi * Кпр,

Сдн - дневная зарплата категории работников.

nп - кол-во человек персонала обрабатывающего результаты

пп - время работы категории работников.

Кз - коэффициент загрузки категории работников.

Кпр - коэффициент премирования по работе (премия -50%)

Специальность	Месячный оклад (руб.)	Кол-во человек	Отработанный План (дн.)	Коэф. занятости	Осн. ЗП (в т.ч. премия 50%)
Вед. Инженер	21000	1	24	1	31500
Техник	13000	1	24	1	19500

Основная зарплата:

ОснЗп = 51 000/24*2*3*1=12 750 руб.

Дополнительная зарплата:

ДопЗп = 0сн3п * 0,15 = 1 912,5 руб.

Отчисления на социальное страхование (Единый социальный налог):

Единый социальный налог - 30% (Кесн = 0,34 )в т.ч.

- отчисления в пенсионный фонд - 22%

- отчисления на соц. страхование - 2,9%

- отчисления на мед. страхование -5,1%

Отчисления на ЕСН = Кесн *(ОснЗп+ДопЗп) = 4398,75 руб.

Суммарные расходы на заработную плату:

Сзп = ОснЗп + ДопЗп + СоцОтч = 19 061,25 руб.

Косвенные расходы.

Скос = Ккр*0сн3п, где:

Ккр - коэффициент косвенных расходов

Ккр = 1,7 где:

80% - цеховые расходы;

90% - институтские;

Скос = Ккр*0сн3п = 21 675 руб.

Себестоимость услуг по обработке результатов эксперимента

Подведём итог расчета себестоимости обработки результатов эксперимента:

Сзп = 19 061,25 руб.

Скос = 21 675 руб.

Себестоимость обработки результатов эксперимента:

Сор = Сзп + Скос = 40 736,25 ру

На основании проведенных расчетов установлено:

Себестоимость подготовки эксперимента (Спэ) составляет - 648 117,18 руб.

Себестоимость эксперимента (Саэ) составляет -

Саэ = Сэуф*фэ = 75273,9 * 4= 301 095,6 руб.

Себестоимость обработки результатов эксперимента (Сор) составляет - 41 323 руб. Следовательно, общая себестоимость программы экспериментальных исследований составляет

Собщ. = Сп.э +Саэ+ Со.р.= 990 535,78 руб.

Прибыль равна:

Прибыль = Себестоимость*Кприбыли = 99 053,6 руб., где Кприб = 10%

Стоимость = Себестоимость + Прибыль = 1089589,38 руб. (без учёта НДС)

Налог на добавленную стоимость составляет:

НДС = стоимость*Кндс = 196126,1 руб., где Кндс = 18% ;

Цена с учётом НДС составляет:

Цена=стоимость + НДС = 1 285 715,5руб.

Общая цена проведения аэродинамического исследования определяется как сумма затрат на подготовку программы эксперимента и подготовку модели, проведение эксперимента и обработку результатов.

Таблица 1.6 - Смета затрат по эксперименту в АДТ УТ-1М.

Наименование статьи/элемента сметы	Сумма, руб.
Суммарные расходы на заработную плату	189 210,93
Себестоимость услуг по подготовке эксперимента	243 750
Косвенные расходы	215 156,25
Себестоимость проведения аэродинамического эксперимента	301 095,6
Затраты на обработку результатов эксперимента
Суммарные расходы на заработную плату	19 061,25
Косвенные расходы	21 675
Себестоимость услуг по обработке результатов эксперимента	40 736,25
Себестоимость	990 535,78
Прибыль	99 053,6
НДС	196126,1
Цена:	1 285 715,5

Таким образом, определение цены экспериментальных исследований аэродинамических характеристик модели в аэродинамической трубе УТ-1М, составляет 1 285 715,5руб., в том числе НДС - 196126,1руб. В случае с острым конусом затраты на эксперимент составляет 1 095 121,34руб., в том числе НДС - 167052,41 руб. Можно заметить, что стоимость проведения эксперимента модели острого клина больше чем стоимость проведения острого конуса. Это обусловлено тем, что модель острого конуса уже была изготовлена, но требовалась только модернизация конструкции, а модель клина была изготовлена с нуля согласно техническому заданию.



Выводы

Осуществлена модернизация острого конуса. Удалось реализовать модель с простым способом регулировки щели - путем нарезки резьбы с мелким шагом на решётку, крепящуюся к носку и на втулку-воздуховод, в основной части модели. Так же удалось увеличить площадь теплоизолятора,что дало возможность измерения тепловых потоков на выходе из сопла щели. Угол полураскрытия модели составлял 8, а длина модели L = 400мм. Передняя кромка щели располагалась на расстоянии вдоль оси модели Х =61 мм от острия конуса. Чертежи и 3D модель спроектированы в Autodesk Inventor.

Проведены исследования при следующих основных параметрах потока: полное давление Р0 =50 бар (турбулентное состояние пограничного слоя почти на всей поверхности гладкого конуса) и Р0 = 17 бар (ламинарное состояние пограничного слоя почти на всей поверхности гладкого конуса), температура торможения T0 = 700 K, число Маха в невозмущённом потоке M = 5.

Для исследования течения использован прямо теневой метод, а для определения распределения теплового потока q- метод люминесцентных покрытий.

На модели конуса со щелью измерение q осуществлялось на участке Х = 18 51 мм в носовой части модели и на участке Х 78.8мм - в кормовой части модели.

В опытах без вдува обнаружено, что:

Наличие щели приводит к более раннему переходу пограничного слоя из ламинарного состояния в турбулентное. На модели со щелью при полном давлении Р0 = 17 бар число Рейнольдса перехода, вычисленного по параметрам невозмущённого потока и расстоянию начала и конца участка ламинарно-турбулентного перехода, составило Re.нп=0.24106 и Re.кп=0.43106 соответственно, а на гладком конусе Re.нп=0.33106 и Re.кп=0.45106.

С увеличением расхода вдуваемого газа угол наклона скачка, индуцированного вдуваемым газом, составляет 11 при небольшом отсосе газа из пограничного слоя, увеличивается по мере увеличении расхода охладителя и составляет 21 к образующей модели при максимальном относительном расходе G*=12.2510-3.

Разработанная модель, в целом, обеспечивает проведение исследований по влиянию вдува на течение и теплообмен. Однако, равномерность подачи вдуваемого газа по азимуту и точность регулировки высоты щели оказались ниже чем на аналогичной модели 4М95.00.00.

Целесообразно также заменить материал поверхности носка в области щели и за щелью: вместо металла использовать теплоизолятор АГ-4В. Необходима доработка модели.

Проведена существенная модернизация острого клина. включающая в себя возможность измерения тепловых потоков на поверхности модели. Удалось найти и внедрить новый материал Plexiglas GSWH 01 с лучшими теплоизоляционными и механическими свойствами. Чертежи и 3D модель спроектированы в Autodesk Inventor. Изготовлена модель клина в металле и готова к проведению исследования в АДТ УТ-1М. Проведён анализ полученных ранее картин течения.

Проанализированы результаты численных расчётов острого клина с вдувом и без вдува газа в набегающий поток.

Литература

1. Mosharov V., Orlov A. and Radchenko V. Temperature Sensitive Paint (TSP) for heat transfer measurement in short duration wind tunnels // 20th ICIASF, Goettingen, Germany, August 2003: Proc. CD.

2. Mosharov V.and Radchenko V. Heat transfer measurements in short-duration wind tunnel by Temperature Sensitive Paint // TsAGI, Uchenye Zapiski. Vol.38. No1. 2007.

3. Василевский Э.Б. Физические процессы при активной тепловой защите гиперзвуковых летательных аппаратов // Диссертация на соискание степени доктора технических наук, Жуковский, Россия, 2006 г.

4. Чувахов П.В. Исследование эффективности заградительного охлаждения при управлении теплообменом на поверхности острого конуса при больших сверхзвуковых скоростях. // Учёные записки ЦАГИ. - 2014. - №1

5. Новиков А.В. Численное моделирование обтекания клина со вдувом. 2015 г.

6. В.В. Штапов, Л.В. Яковлева, В.Н. Радченко, В.Е. Мошаров, Н.Б. Ларин, А.С. Скуратов, Э.Б. Василевский, В.Я. Боровой. Отчёт о научно-исследовательской работе. Экспериментальное исследование тангенциального вдува на течение и теплообмен на поверхности острого конуса.

7. Любимов А.Н., Русанов В.В. Течения газа около тупых тел. В 2 ч. Ч. I: Метод расчета и анализа течений. Ч. II: Таблицы газодинамических функций.

8. Лобач А.В. , Шашкова А.А. БГТУ . Расчёт полей давления и линий тока острого или слабо затупленного клина.

9. Описание УТ-1М.

10. Инструкция по охране труда при эксплуатации баллонов со сжатыми газами № 08-07-04 г.

11. «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» ПБ 10-115-96. С изменениями и дополнениями, утвержденными Госгортехнадзором России 02.09.1997ИПБ 03-147-97, Москва, 2002. «Издательство НЦ ЭНАС».

12. Инструкция № 08-I95-95 по соблюдению пожарной безопасности в помещениях зала МГДУ.

Размещено на Allbest.ru

...