Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Из (93) получаем Рж 2 — Рг Г оетр (9.9) Условие прочности места сная на отрыв записывается следующим образом: в вся >л отр 2У ' сотр Ржг — Ргг о Р г (9.10) где г — толщина ребра; для гофрированных проставок Рж2 Ргг о 2гсога где а — толщина гофра; д — угол наклона гофра (см. рис. 9.8, б). Напряжение о, = — р ж. Условие прочности связей записывается следующим образом: г в л= — >л аг ' ! 180 где о „вЂ” предел прочности сная при рабочей температуре; л2у — норма. тивный коэффициент запаса прочности. В случае режима гидроопрессовки необходимо в формуле (9.9) поло. жить давление рг = О, а давление рж определять как давление гидро. опрессовки.
Прочность связей. Под действием давления в межрубашечном прост. ранстве в связях реализуется двухосное напряженное состояние с кампо. нентами о и о ж, причем о — напряжение растяжения связи, а о ив напряжение сжатия, нормальное к боковой поверхности связи. Так же, как и при расчете сная, напряжение о определяется из равенства внешнего и внутреннего усилий в связи.
Для ребер е о' — предел прочности материала связи при рабочей температуре; в и интенсивность напряженного состояния в связи, равная ! Пг=жо оси Орпсж гг+ г Данную расчетную методику можно использовать при расчете связей па режиме гидроопрессовки, полагая рг = 0 и принимая р„, как давление гядроопрессов к и. Местная прочность оболочки. На поведение неподкрепленного участка оболочки под действием перепада давлений существенное значение оказывает соотношение между длиной неподкрепленного участка н'толщиной оболочки 1/Ь '.
Если 1/1г ' мапо (1/й ' ( 4,0) „то местную прочность внутренней оболочки будет определять напряжение среза в месте сочленения ободочки и связи. Погонная перерезывающая сила в сечении 1 — ! (см. рис.9.8, в) (9„=0,5(р -р„)1. Тогда напряжение среза Ос О 5(р — 1г )— ср ср ср ° ж г (9.11) Запас местной прочности в оболочке в этом случае У ат ев и в гср где 1с, — коэффициент, учитывающий ослабление материала при его работе па срез (/с, = 0,8); о ' — ' предел прочности материала внутренней оболочки с учетом нагрева. Для режима гидроопрессовки следует принимать рг = 0 и считать рассчитываемую оболочку ненагретой, МЕСТНАЯ ПРОЧНОС1Ь КАМЕР ТРУБЧАТОЙ КОНСТРУКЦНН Камера трубчатой конструкции представляет собой набор профилированных трубок с сечением, близким к прямоугольному, спаянных мехду собой по боковым стенкам.
Толщина таких трубок значительно меньше, чем толщина оболочек камер с ребрами или гофрированными проставкамн. Расчет местной прочности таких конструкций сводится к расчету неподкрепленных участков трубок. Стенка трубки подвержена перепаду давлений ггр = рж — р„(рис. 9.10) н при высокой пластичности материала прогибается и принимает форму, близкую к цилиндрической.
Как и в конструкциях со связанными оболочками, расчетная схема принимается в виде балки единичной длины, жестко 181 Ряс. 9.11ь Схема яагвумвая эаемюатов Рис. 9.11. Расчетная схема мемеята тэтбчатой коястэттоя$В тэтбкя защемленной по краям и нагруженной равнораспределенной нагрузкой Др (рис. 9.11) . Несущая способность такой балки исчерпывается при нагрузке (9.12) Дрязгм4оеэ( ) . Запас несущей способности на изгиб Аряэг и изг 95. ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЕТЫ СМЕСИТЕЛЬНОЙ ГОЛОВКИ ОБВ1АЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧН Будем рассматривать смесительную головку с плоским внутренним и средним днищами, которая получила наибольшее распространение в ЖРД. Такая головка представляет собой паяно-сварную конструкцию, состоящую нз форсуночного блока и наружного днища или газовода.
Форсуночный блок можно рассматривать как двухслойную круглую пластину, Слои которой — среднее и внутреннее днища — связаны воедино при помощя форсунок и периферийного кольца жесткости. На режиме запуска и уста. новившемся рабочем режиме наряду с давлением жидкости в полостях горючего и окислителя форсуночный блок испьпывает противодавление со стороны газов.
Кроме того, его внутреннее и среднее днища подвержены неравномерному нагреву. С другой стороны, для режима гидроопрессовкн характерно отсутствие нагрева днищ и противодавления со стороны газов. Столь различные условия работы форсуночного блока на режимах гидро. опрессовкн, запуска и рабочем режиме определили и особенности соответствующих расчетных схем.
На режиме гидроопрессовки напряжения в элементах форсуночного блока не должны превышать предел текучести материала, так как этот режим является технологическим, Поэтому вполне приемлемым является определение условна прочности по пределу прочности, когда основной 1Вг 1ачей расчета является определение напряженно-деформированного сосания среднего и внутреннего днюц в области упругих деформаций. На рабочем режиме и режиме запуска наличие высокой температурм „,ожет привести к появлению пластических деформаций в элементах форсу>алого блока, в первую очередь во внутреннем днище.
Поэтому при опреелении условия прочности блока по пределу прочности целесообразно „читывать упругопластическне деформации. Наряду с этим используется оценка запаса прочности по силовому фактору: Аререя йр = справ 1а ах где Йрар в — минимальное пючение перепада давлений на форсуночном блоке, пРиводЯщее к его РазРУшению; архе щ максимальный пеРенад давлений на рассматриваемом режиме работы.
Значение Ьрарщ довольно просто определяется на основе метода предельного равновесия. Наряду с оценкой прочности актуалыюй является опенка предельных деформаций ивяных соединенвй форсунок и днщц из условия герметичности. Наружное днище головки выполняют в виде оболочки таким образом, чтобы в нем реализовалось безмомаггное напрюкенное состояпве на достаточяом удаления от места сопряженна днища с силовым кольцом. расчет такого дшппа весьма прост. нлпряжиннодвеовмиювлннои состоянии ° ОИ:УНОЧНОГО БЛОКА рассмотрвм форсуночный блок под нагрузкой (рис. 9.12).
В общем случае зта нагрузка представляет собой сочетание давлений компонентов топлива в полостЯх пеРец фоРсУнкамн Рж1 н Р, Н и Давленна газов в камере сгорания рг прн условни нагрева среднего п внутреннего дпщцдо тпяператур соответсгвапю гэ н г,. Подобное сочетание нагрузок харюстерно лля рабочего режима и режнма запуска. Рекам пщроопрессовкн похаю рассьютрпвать, когда.
давление рг = О и денца имеют нормальную температуру. рае. 9.12. Раечвтпая схема фореуаочаого Васка Составим расчетную схему, введя гипотезы и допущения, касающнеса свойств материала, геометрии, конструкции и особенностей нагруженпа 1. Материал обоих днищ линейно-упругий. Данное допущение справей, лино для режима гндроопрессовки. Как отмечалось выше, на рабочем рь жиме и при запуске напряжения в днищах могут превышать предел упр1ь гости. Однако и в этих случаях "упругое" решение задачи правомочно, так как позволяет определить напряжения в так называемом "нулевом' приближении, которое необходимо при расчете упругопластического напра. женного состояния дннщ методом переменных параметров упругостц Особенности данного метода излагаются в учебнике [12] .
2. Форсунки абсолютно жесткие. 3. Каждое из днищ рассматриваем как тонкую круглую пластинку постоянной толщины, что справедливо при условиях Ь~/А < 1, йэф < 1. Точно так же полагаем, что Н)К ~ 1. Данное допущение позволяет псполь зовать при анализе техническую теорию пластин.
4. Существенными факторами нагружения считаем давления рж1 а полости 1 и давление рг в полости Ш, разность которых приводит к изгиб. ным деформациям форсуночного блока в целом. 5. Давлением р й в полости П пренебрегаем, так как оно вызывает лишь местные изгибпые деформации в среднем н внутреннем днищах, т.е. деформации участков днищ между соседними форсунками. В совре. менных конструкциях головок размеры участков днищ между соседними форсунками того же порядка, что и толщины днюц, поэтому нзгибнаа жесткость таких участков днищ весьма велика. 6. Температуру каждого из днюц — г, и гэ — определяем по толщине и считаем постоянными вдоль радиуса и по окружности днищ.
7. Полагаем, что форсуночный блок защемлен по контуру. В пользу данного допущения говорит то, что оба днюца, как правило, привариваются к жесткому периферийному кольцу. Благодаря введенным допущениям мы перешли от рассмотрения реальной конструкции форсуночного блока к расчетной схеме, когда к двух. слойной круглой пластинке с равнораспределенными параметрами вдоль радиуса,по окружности и в пределах толщины каждого из днщц приложено НОРМаЛЬНОЕ РаВНОРаСПРЕДЕЛЕННОЕ ДаВЛЕНИЕ ИНтЕНСИВНОСтЬЮ П = Рж1 — Р„. В рамках поставленной задачи анализ напряженно-деформированного состояния форсуночного блока можно проводить на основе технической теории тонких пластинок. В днищах реализуется двухосное напряженное состояние с компонентами п„и ое, где о, — компонента, направленная вдоль радиуса пластинки (радиальное напряжение); ое — компонента, нормальная к радиальной плоскости пластинки (окружное напряжение). Каждое из напряжений можно рассматривать как сумму напряжения изгиба от давления д и температурного напряжения от разности температур днпщ, т.е.
п,=п„"+и,; па=па +ое. Нри расчете в области упругих деформаций силовые н температурные „пряжения можно определять отдельно, используя принцип наложения напряжений, Напряженно-деформированное состояние блока при изгибе под действ„ем 9 описываетсЯ следУющими УРавнениЯми теоРии тонких пластинок. 1. Дифференциальное уравнение изгиба пластинки (9.13) где ю — прогиб пластинки; Р— цилиндрическая жесткость пластинки, Н вЂ” г, 1 Ег~г1г. 1 — и* — г, В= 2. Геометрические уравнения Эж д'и е (9.14) е — г Эг дг* Е (ев + Иег) 1 — иг (9.15) Е (е~ + дев) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
