Варфоломеев В.И., Копытов М.И., Проектирование и испытания баллистиеских ракет, страница 57

В этом случае значение критерия надежности находится по формуле (10.14), Однако использование рассмотреыиой выше математической модели надежности позволяет, также свести задачу к определению статистических характеристик величин Й, Ж, Я, 5 [371. В, большинстве''случаев, когда отказ ракетной конструкции может произойти только из-за разрушения, в ходе испытаний необходимо найти только статистические законы распределения величин Я и У. Эти величины практически можно считать независимыми и нормально распределенными.

Тогда задача сводится к определению оценок и," лг,„ч,' и чл Такой подход к определению надежности ракетных конструкций существенно упрощает, а главное, удешевляет получение необходимой опытной информации. Математическое ожидание и дисперсию несущей способности ракетной конструкции можно определить по результатам лабораторных или стендовых испытаний отдельных узлов, агрегатов и отсеков ракеты. При этом испытываемые объекты могут быть в виде моделей.

В ходе таких испытаний опытные образцы нагружаются достаточно точно измеряемыми нагрузками„близкими к тем, которые будет испытывать конструкция при эксплуатации ракеты. Опытное определение нагрузок проводится в ходе натурных испытаний ракеты (транспортировочных, летных). До сих пор мы не делали разницы между статическим н динамическим нагружением ракетной конструкции.

Рассмотренный выше общий подход к опытному определению надежности конструкции справедлив для всех видов нагружения. Однако конкретные методы определения оценок математических ожиданий .и дисперсий несущей способности и нагрузки при различных видах нагружения конструкции конечно существенно отличаются один от другого. Для оценки надежности каждой ракетной конструкции выбирается определенный расчетный случай. Соответствующая ему математическая модель„связывающая величины несущей способности и эксплуатационной нагрузки с рядом 360 легко измеряемых параметров, позволяет существенно упростить получение опытной информации.

Однако в этом слу. чае возникают некоторые математические проблемы. Дело заключается в том, что тецерь измеряемые при испытаниях параметры входят в систему дифференциальных или алгебраических уравнений, которые обычно значительно сложнее выражений (12.1) и (12.2). Решениями такой системы являются или непосредственно критерий надежности или статистические характеристики несущей способности и нагрузок, действующих на ракетную конструкцию. Методы решения таких задач были рассмотрены в гл. !1. Поэтому после общей постановки задачи рассмотрим содержание и принципы организации испытаний, в результате которых могут быть найдены статистические характеристики измеряемых параметров, т.

е. входные данные для последующей аналитической оценки надежности ракетной конструкции. $122. СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ РАКЕТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Ракетные конструкции подвергаются статическим и динамическим испытаниям. В ходе статических испытаний определяются напряженно-деформированное состояние испытываемых объектов, жесткость конструкции, а также несущая способность (значения разрушающих нагрузок) конструкции в расчетных случаях нагружения. Динамические испытания проводятся для того, чтобы определить частоты и формы собственных колебаний, коэффициенты демпфирования, а также для проверки прочности конструкции при действии динамических нагрузок, Рассмотрим содержание и организацию статических испытаний ракетных конструкций !15).' В соответствии с техническим заданием лаборатория статических испытаний составляет программу испытаний н разрабатывает опытную установку.

Для проверки установки и исправности измерительной аппаратуры конструкция подвергается воздействию нагрузки, составляющей примерно 20тэ от эксплуатационной нагрузки Ж. После такой проверки конструкция последовательно, с определенной выдержкой подвергается воздействию нагрузок 0,1М; 0,2М „.; 0,9М; АГ. В ходе испытаний может быть проведено и повторное нагруженне.

Проводимые при этом измерения деформаций, линейных и угловых перемещений позволяют определить или 13 — 288з Зб1 уточнить напряженно-деформированное состояние конструкции. После таких испытаний проводится нагруженне конструкции до разрушения. При этом фиксируются только разрушающие нагрузки. Конструкция обычно фотографируется как до, так и после разрушающих испытаний. Рассмотрим особенности испытаний основных отсеков ракеты. Корпус головной части испытывается на действие осевой силы и внешнего давления, что соответствует расчетному случаю максимальной осевой перегрузки при входе в атмосферу. Этот отсек испытывается также на совместное нагружение осевой силой, изгибающим моментом и неравно.

мерным внешним давлением, что соответствует воздействию максимальной поперечной перегрузки. Переходники, хвостовые и приборные отсеки ракеты нагружают осевой силой и изгибающим моментом. Корпуса, днища, сопловые блоки РДТТ, а также трубопроводы окислителя и горючего испытываются на действие внутреннего ' давления. Топливные отсеки испытываются на действие внутреннего давления до разрушения, а также на действие осевой нагрузки. Чтобы проверить устойчивость крупногабаритных тонкостенных объектов при воздействии равномерно распределенного внешнего давления, их помещают в специальные гидравлические установки.

Если критическое внешнее давление не превышает одной атмосферы, то нагрузка имитируется откачкой вакуумным насосом воздуха нз внутренней полости испытываемого объекта. При испытаниях важно создать граничные условия закрепления, близкие к тем, которые будут при реальной работе конструкции. Значительно сложнее создать' неравномерно распределенные внешнюю и внутреннюю нагрузки. Такие нагрузки, как правило, имитируются приближенно.

Например, наконечник корпуса головной части нагружается аэродинамическими силами по закону р= р,соз' г, где у — угол между нормалью к поверхности оболочки и осью вращения. Такая нагрузка приближенно имитируется путем прижатия наконечника корпуса головной части прессом к сухому песку, покрытому брезентом. Нормальная аэродинамическая нагрузка на стабилизаторы ракеты имитируется с помощью рычажных систем, которые используются при испытаниях самолетных конструкций ~15~.

При испытаниях топливных баков внутреннее давление создается путем подачи в них воды под определенным дав. 362 пением. Когда длина баков большая, могут испытываться отдельные секции, чтобы учесть действие инерционного гидростатичеокого давления при больших перегрузках в полете. Секции могут герметизироваться специальными днищами. Осевые нагрузки на баки прикладываются через соседние отсеки или специальные приспособления, имитирующие жесткость этих отсеков. Осевая нагрузка создается прессом с помощью гидравлических силовозбудителей и металлических тяг.

В реальных условиях полета корпус ракеты испытывает воздействие высоких температур. Поэтому при статических испытаниях отсеков корпуса ракеты имитируется равномерный или неравномерный прогрев конструкции. Полученные при таких испытаниях разрушающие нагрузки, а также величины деформаций и напряжений позволяют более строго определить характеристики несущей способности конструкции.

Динамические испытания проводятся в специально оборудованной лаборатории ~17]. В такой лаборатории должен быть силовой пол, силовая рама для подвешивания опытных образцов, вибровозбудители и регистрирующая аппаратура. Частоты и формы собственных колебаний изделия чаще всего определяются резонансным методом. В плоскости колебаний изделия устанавливаюгся вибродатчики; в плоскости, нормальной к плоскости колебаний, приклеиваются деревянные бруски, через которые колебания изделия передаются на рычаги виброскопов.

С помощью вибратора путем плавного изменения частоты колебаний отыскивается первый резонанс. Меняя частоту возбуждения, можно отыскать и все другие резонансные частоты конструкции. Весь процесс может быть зафиксирован на фотопленку. Фазы колебаний могут быть определены с помощью стробоскопов. Анализ резонансных частот и форм позволяет установить природу их возникновения.

Каждая частота изделия зависит от упругости корпуса и упругости внутренних элементов. Для изменения резонансных частот могут быть проведены конструктивные изменения и доработки отдельных элементов и агрегатов изделия. При динамических испытаниях определяется также декремент затухания. Для этого конструкцию вводят в резонанс соответствующего тона и мгновенно прекращают действие возмущающей силы. Конструкция при этом совершает свободные затухающие колебания. Обработка осцилограмм позволяет определить величины убывающих амплитуд колеба- 13' ЗбЗ ний Аь Ам ..., А~... Логарифмический декремент оиределяется по формуле !п=. А~ А Коэффициент динамичности конструкции находят по амплитудно-частотной характеристике системы, колеблющейся под действием постоянной по величине гармонической силы.

Для сравнения находят смещение от действия статической силы той же величины, приложенной в той же точке. Отношение амплитуд к статическому .смещению для каждого соотношения частот дает значение коэффициента динамичности. Кроме того, ракетные конструкции испытывают на прочность и выносливость под действием динамической нагрузки. Для этого используют специальные стенды, имитирующие эксплуатационную нагрузку; например подпрыгивание; галопирование, виляние, боковую качку системы вагон — ракета. Суммарное время таких испытаний должно быть нс меньше времени работы изделия. $ ПКЗ.

ОПЫТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК И ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕИ Для оценки надежности ракетных конструкций необходимо знать нагрузки, действующие на ракету при транспортировке, хранении, перегрузке, пуске и в полете. Определяющими для прочности, а следовательно, и надежности корпуса ракеты являются нагрузки в полете, На.

грузки, действующие при наземной эксплуатации, опреде. ляются с целью обоснования режимов хранения, транспортировки и подготовки ракеты к пуску. Таким образом, основным источником получения опытной информации о нагрузках, действующих на ракету, являются летные испытания. В ходе этих испытаний необходимо определить статические и динамические нагрузки, а также температурные поля, действующие на корпус ракеты. Для определения надежности отсеков корпуса ракеты необходимо определить перечисленные выше нагрузки на активном участке, а для оценки надежности корпуса головной части — на пассивном. Прочность и надежность корпуса ракеты в основном определяются его способностью выдерживать статические нагрузки при воздействии высоких температур.

Поэтому в ходе летных испытаний особенно важно достаточно точно определить статические нагрузки и температурные поля, дей' ствующие на конструкцию ракеты, 364 Динамические нагрузки чаще всего оказывают существен- ное влияние лишь на условия работы приборов системы управления, устойчивость движения и управляемость ракеты.