Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 38
Текст из файла (страница 38)
При расчете смесительной головки наиболее трудным является расчет форсуночного блока, который представляет собой паяно-сварную конструкцию, состоящую из среднего и внутреннего днищ, соединенных форсунками 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.
Поэтому решающее значение приобретает расчет жесткости форсуночного блока. Вместе с тем в основу расчета прочности других нагруженных элементов 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 (геометрнческие 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 рациональное изменение параметров конструкции. Общий план практического расчета камеры на прочность включает в себя следующее; 1) анализ прочности корпуса камеры, состоящий из расчетов общей несущей способности оболочек, прочности связей, местной прочности внутренней оболочки; 2) анализ прочности смесительной головки, состоящий из 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 указанных элементов анализируется на различных режимах работы камеры. 9.3.ОБЩАЯ НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЪ ОБОЛОЧЕК КАМЕРЪ| Методика расчета общей несущей способности камеры со связанными оболочками разработана В.И. Феодосьевым. Несущая способность конструкции при вязком состоянии материала представляет собой ее способность сопротивляться приложенным нагрузкам с сохранением ее размеров и формы в допустимых пределах, При этом предельная несущая способность рассматривается как такая стадия нагружения конструкции, после которой существенное изменение размеров происходит без значительного увеличения нагрузки, т.е. наступает быстро развивающееся формоизменение. Расчет общей несущей способности связан с рассмотрением деформации и формонзменения конструкции в целом. В отличие от этого возможно рассмотрение локальных деформаций и формоизменения конструкции, чему соответствует расчет местной несущей способности, Общая несущая способность камеры оценивается значением предельного давления газов в камере сгорания р „„,д, Для нахождения пределы ного давления газов строится расчетный график зависимости давления газов в камере сгораниярг от полной относительной деформации оболочек камеры в окружном направлении е „, которая определяется как егл = 172 = ЬЯ/гт, где Я вЂ” радиус оболочек в расчетном сечении; ЬЯ вЂ” приращение радиуса под действием нагрузок Предедьльии давлением газов считается такое значение давления, малому приращению которого на расчетной кривой соответствует большое приращение полной относительной деформации оболочек е „(или приращение рдциуса ЬЛ), обусловленное развитием пластическйх деформаций в 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. 9.3): материал оболочек упругопластический работает одинаково на растяжение и сжатие; оболочки цилиндрические тонкие (й ' 4 А, й " < 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 расчепюм сечении считается равнораспределенным по периметру оболочки; температурное поле в оболочках осесимметрично, температуры определяются как средние значения межцу 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 о„и о — главные напряжения соответственно в осевом и окружном направлениях(рис. 9.4) . Рве, 9.3. Расчетная схема камеры сгорания ео связвялымя оболочками Ряс. 9.4. Комлояеиты напряженного состоялвл оболочек 173 4 а.' о' = — — ' (6' +056'); и Е 4 ае и" = — — ' (Ее+056 ); 3 У Е (9.4) 4 ау и' = — — ' (е' + 0,5 6'); У 3 4 а". т ! о' й '+ о "л " =ргЯ; (9.1) (9.2) 6 = — 6 +6 +6 6 2 2 1 х у х т/3 Р й = 0,5— 2ед'Рг б; б; 6 =6 +й Г ул у (9.3) ул у 6 =6 =6 хл хл = Ехл' 6 =6 =6 ул ул ул 174 175 рис. 9.5. Нагрузка н внутренние усилии н оболочках: а — л мерилиснельной плоскости; б — в осевом непраеленин ДлЯ нахожДениЯ Расчетной зависимости Р„= 1(еул) ипостРоениЯ соответствующей кривой необходимо решить следующие у авнения.
р а) уравнения равновесия элемента оболочек в поперечном и продольном направлениях, выраженные в напряженных (рис, 9.5, а, б): где и — коэффициент осевого усилия в оболочках, представляющий собой отношение осевого усилия в оболочках к окружному усилию, Значение й определяется в зависимости от расположения узла крепления камеры относительно расчетного сечения, Если узел крепления расположен в области критического сечения камеры, то и = 0,5. В случае расположения узла крепления в области головки в расчетном сечении дополнительно действует тяга Р, поэтому б) уравнении, связывающие полные, силовые и температурные деформации; в) физические уравнения 2 рии улругопластических деформаций; где 61 — интенсивность деформированного состояния оболочки, причем ог — интенсивность напряженного состояния оболочки, причем зависимость о; = 3(61) описывается диаграммой растяжения соответствующего материала.
Если диаграмма растяжения образца известна, то, зная значение Ел можно определить значение о; (рис, 9.6), Указанная выше система уравнений не является замкнутой, поэтому ее прямое решение невозможно. В качестве способа решения задачи при ее ручной реализации В.И. Феодосьевым предложена методика, в основе которой лежит метод проб и ошибок. Е.
Е. рис. 9.5. Характерный ния диаграмм а — е прее растяжении образна из металлического материала: 1 — материал внутренней оболочки; 2 — материал наружной оболочки рис. 9 7. Типичный график зависимости Рг = е 1еуп3 В соответствии с методом проб и ошибок для онределення каждой точки расчетной диаграммы необходимо задаваться некоторым значением полных относительных деформаций е и и подбирать для них такие значен ия деформаций е„„, при которых соответствующие напряжения о и о уп х у удовлетворяют уравнениям равновесия (9.1) и (9.2).
Расчет проводится в следующей последовательности: 1) задается значение е (как координаты вдоль оси абсцисс расчетной кривой); 2) для заданного значения е „задается значение е„п (на нервом шаге приближений е„п = 0,5 ...0,7 е „, ); 3) вычисляются значения е„, е„, е, е ', используя систему уравнений (9.3); 4) вычисляются интенсивности деформированного состояния оболочек е';, е,' и определяются интенсивности напряженного состояния о, о, для чего г используются диаграммы растяжения материалов оболочек при соответствующих температурах Г и Г ', 5) вычисляются напряжения о', о", о', оп с использованием физнх' х' у' у ческих уравнений (9.4); б) проверяется выполнимость уравнений равновесия (9.!) и (9.2) для полученных значений напряжений.
С этой целью значения напряжений подставляются в уравнение, полученное из (9.1) и (9.2): (9.5) Если обе части уравнения (95) тождественно равны (с некоторой наперед заданной точностью), то определяется значение р из уравнения г равновесия (9,1), которое преобразуется к виду / ! ( = 'у 'у Рг (9.6) Таким образом, определяется первая точка расчетной кривой р г =у(е и) и опять следует перейти к и. !. Если условие (9.5) не выполняется, то необходимо вернуться к п. 2, оставив предыдущее значение е п и тд. до тех пор, пока тождество не будет удовлетворяться. В конечном итоге вычисляется серия значений рю соответствующих заранее заданным значениям е, что позволяет построить соответствуюуп щий график, На рис. 9.7 изображен типичный расчетный график зависимости р = 7 (е„„).
Отметим на нем точки А, В, С, Р, расположенные в зонах, где кривая имеет наибольшую кривизну. Точками А, В, С, Р кривая делится на четыре участка, Для участков 1 н П1 характерно малое изменение дефор- мации оболочек е п прн возрастании давления р; для участков П и ЪЧ, 17б р г,п р ед и=— рг.рай (9.7) — предельное давление газов; р е — рабочее максимальное где Рг,пред г.ра давление газов, П ельную точку удобнее всего выбирать по значению угла наклона ред касательной к кривой р„= 7'(е и).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
