Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Раким запуска характеризуется нарастанием по времени давления газов рг в камере и давления рж в тракте охлаждения, характер изменения которых зависит от схемы запуска, а также так называемым тепловым ударом, при котором в короткий промежуток времени происходит резкое повышение температуры элементов конструкции, омываемых горячим газом. Режим осглловл характеризуется отсутствием давления газов в камере и наличием давлення жидкости в охлаждающем тракте при сохранении высокой температуры "огневых" элементов камеры.
В ряде случаев, в зависимости от схемы двигателя н условий запуска и останова, эти режимы могут оказываться более ответственными в прочностном отношении по сравнению с рабочим форсированным режимом. Так, например, режим запуска может сопровождаться большой кратковременной перегрузкой камеры по давленюо газов, а режим останова — гщГ равлическнм ударом в охлаждающем тракте при наличии высокой температуры внутренней оболочки.
гто 9.2.ОБЩАЯ СХЕМА И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА КАМЕРЫ НА ПРОЧНОСТЬ В настоящее время в практике двигателестроения применяются глав- ным образом конструкции камер со связанными оболочками и плоскими внутренними и средними днищами. Наиболее нагруженными элементами конструкции таких камер являются: а) в конструкции корпуса: связанные оболочки камеры сгорания; элементы внутренней оболочки межлу двумя соседними связями; связи оболочек; узлы крепления камеры; подводящие трубопроводы и коллекторы; б) в конструкции смесительной головки: форсуночный блок„ наружное днище или газовод, При расчете камеры на прочность наиболее трудным является расчет элементов, подверженных высокому температурному воздействию, к числу которых, в первую очередь, относятся связанные оболочки камеры.
Оценка их прочности по напряжениям непригодна, особенно в предположении об упругой работе материала конструкции. Простейшие расчеты показы- вают, что вследствие одного только температурного воздействия на внут- реннюю оболочку в ней возникают напряжения, заметно превышающие предел упругости. Поэтому приходится рассчитывать оболочки в области пластических деформаций. Другой особенностью расчета элементов, на которые действуют одновременно силовые и температурные факторы, яв- ляется то, что на основе анализа лишь напряженного состояния нельзя дать объективную оценку их прочности. Для конструктора важнее, чтобы в течение времени работы камеры оболочки сохранили свои размеры в заданных пределах, при которых не нарушается режим ее работы.
Таким образом, приобретает значение оценка общей несущей способности конст- рукции, оценка ее пригодности по величине перемещений и расчет по допус- каемым перемещениям при учете пластических деформаций оболочек. С другой стороны, при анализе прочности элементов внутренней оболочки и связей объективная оценка прочности может быть получена при учете лишь местных силовых напряжений (вследствие перепада давлений дрм ), в то время как температурное воздействие учитывается лишь как фактор, снижающий прочность конструкционного материала, При расчете смесительной головки наиболее трудным является расчет форсуночного блока, который представляет собой паяно-сварную кон- струкцию, состоящую из среднего и внутреннего днищ, соединенных фор.
сункамн и периферийным силовым кольцом. Следует иметь в виду, что к форсуночному блоку наряду с требованием прочности предъявляется требование высокой изгибной жесткости, так как пониженная жесткость блока может привести к возникновению его колебаний в процессе работы 171 камеры, а также к нарушению герметичности форсуночных полостей.
Поз. тому решающее значение приобретает расчет жесткости форсуночного блока. Вместе с тем в основу расчета прочности других нагруженных эле. ментов корпуса и форсуночной головки вполне может быть положен обычный метод оценки прочности по напряженному состоянию. Расчеты на прочность камеры, как правило, являются поверочными. Это означает, что задана рассчитываемая конструкция (геометрические размеры, распределение силовых и температурных нагрузок, применяемые материалы), необходимо дать оценку ее прочности и в тех случаях, когда заранее заданные условия прочности не соблюдаются, произвести рацио.
нальное изменение параметров конструкции. Общий план практического расчета камеры на прочность включает в себя следующее: 1) анализ прочности корпуса камеры, состоящий нэ расчетов общей несущей способности оболочек, прочности связей, местной прочности внутренней оболочки; 2) анализ прочности смеснтельной головки, состоящий нэ расчетов жесткости форсуночного блока, общей несущей способности форсуночного блока, прочности наружного днища или газовода; 3) расчет на прочность таких нагруженных элементов камеры, как коллекторы, подводящие трубопроводы, узлы крепления камеры. Прочность укаэанных элементов анализируется на различных режимах работы камеры.
9.3.ОБЩАЯ НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ОБОЛОЧЕК КАМЕРЫ Методика расчета общей несущей способности камеры со связаннымн оболочками разработана В.И. Феодосьевым. Несущая способность конструкции при вязком состоянии материала представляет собой ее способность сопротивляться приложенным нагруз. кам с сохранением ее размеров и формы в допустимых пределах.
При этом предельная несущая способность рассматривается как такая стадия нагру. жения конструкции, после которой существенное изменение размеров происходит без значительного увеличения нагрузки, т.е. наступает быстро развивающееся формоизменение. Расчет общей несущей способности свя. зан с рассмотрением деформации и формоизменения конструкции в целом. В отличие от этого возможно рассмотрение локальных деформаций и формонэменения конструкции, чему соответствует расчет местной несущей способности. Общая несущая способность камеры оценивается значением предельного давления газов в камере сгорания рг р д Пля нахождения пределы ного давления газов строится расчетный график зависимости давления газов в камере сгоранияр„ от полной относительной деформации оболочек камеры в окружном направлении е „, которая определяется как ега = 172 = ДЯГгс, где Я вЂ” радиус оболочек в расчетном сечении; гав — приращение рациуса под действием нагрузок, Предельным давлпгием газов считается такое значение давления, малому приращению которого на расчетной кривой соответствует большое приращение полной относительной деформации оболочек е и (или приращение радиуса сей), обусловленное развитием пластическйх деформаций а обеих оболочках камеры.
Расчетная схема формируется путем принятия гипотез и допущений, касающихся свойств материала оболочек и их геометрии, а также особенностей прилагаемых нагрузок, Для данного расчета характерны следующие гипотезы и допущения (расчетную схему см. на рис. 93): ызгернал оболочек упругопластический работает одинаково на растяжение и сжатие; оболочки цилиндрические тонкие (Й '~Я, Ь "~Я); связи считаются абсолютно жесткими в радиальном направлении, их работой в продольном направлении пренебрегаем; влияние краевого эффекта на напряженное состояние оболочек не учитывается (бесконечно длинная оболочка); давление газов рг в расчетном сечении считается равнораспределенным по периметру оболочки; температурное поле в оболочках осесимметрично, температуры определяются как средние значения между температурами на внутренних и наружных поверхностях оболочек, соответствующие номинальному рабочему режиму двигателя, В соответствии с расчетной схемой каждая из оболочек находится в двухосном напряженном состоянии, причем а„и о„— главные напряжения соответственно в осевом и окружном направлениях(рис.
9.4) . Л Е я~тю Лесе ете Рнс. 9.3. Расчетная схема камеры сгорення со сняэаннымн оболочкемн Ряс. 9.4. Компоненты напряженного состояння оболочек !73 баре У рнс. 9.5. Нагрузка в внутренние усилил в оболочках: а — в мерипиональноа плоскости; и — в осевом направлении Для нахождения расчетной зависимости рг = у(еул) и построения соответствующей кривой необходимо решить следующие уравнения. а) уравнения равновесия элемента оболочек в поперечном и продоль. ном направлениях, выраженные в напряженных (рнс.
95, а, б): (9.1) (9.2) Р х =0,5— 2 вл'Рг б) уравнения, связывающие полные„силовые и температурные де. формации: е =е +аг хп х хп х (9.3) е' =е'+О'г; уп у =е" +а" г"; у !! уп ! хп н ехп ехп' е =е е ! о уп уп уп' 174 где х — коэффициент осевого усилия в оболочках, представляющий собой отношение осевого усилия в оболочках к окружному усилию. Значение х определяется в зависимости от расположения узла крепления камеры относительно расчетного сечения, Если узел крепления расположен в области критического сечения камеры, то х = 0,5.
В случае расположения узла крепления в области головки в расчетном сечении дополнительно действует тяга Р, поэтому в) физические уравнения» рии упругопластических деформаций: 4 о.' о = — —,' (е +0,5е ); 3 с. » 4 о" 3 е~~~ (9.4) 4 о3 о' = — — 3 — (е'+054'); 3 о о"= — — а — (е" +0,5ео), 3 с где е; — интенсивность деформированного состояния оболочки, причем 2 е»л — е +е +и е у л у »/3 6; е. с.
Е. Рис. 9.5. у»арактеувь»й ися яиаграмм о ари Растлнеиии образ»В из мвтн»шчмкого м»освоила» 1 — материал аиутреиией оболочки; 2 — материал ларуло»оа оболочки Рис. 9.7. Тииичиь»й график эаиисамости рт = /(еуи3 175 о; — интенсивность напрязинного состояния оболочки, причем завнсвмость ог = Яе;) описывается диаграммой растяжения соответствующего материала. Если диаграмма растяжения образца известна, то, зная значение ел можно определить значение о; (рве.9.6) . Указанная выше система уравнений не является замкнутой, позтому ее прямое решение невозможно. В качестве способа решения задачи при ее рушой реализапви ВЛ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
