Балабух Л.И., Алфутов Н.А., Усюкин В.И. - Строительная механика ракет (1061784), страница 50
Текст из файла (страница 50)
= — ([У1]ю [Ф]; + [М1];)-' Е1];. (9.60) При прямом ходе прогонки отсюда могут быть определены все матрицы [Ф];, но для того чтобы начать расчет, нужно знать матрицу [Ф1,. Для этого'из первого и второго уравнений (9.58) при 1 = 1 исключается вектор (у)о. ([Ж1] ~ [Е]о — [Н]о [М1]1) (у)д — ([Ы1]1д [Е]о + [Н]о Е1]1) (у)2. Отсюда, имея в виду соотношение (9.59) при 1 = 1, находят [Ф]2 = ([У1] у [Е]о [Н1о [М1]1) 1 (Ю1]1 [Е1о + [Мо Е1]1).
(9.62) где М = [Н]. [У1].— — Е1],.— —, [Е1„; И] =- [Н1„[М11,„, + Е1]„, — [Е]„. 1 Уравнения (9.61) и (9.62) образуют определитель, который равен ~ — 1И И]+ К] [Ф],„,1. При произвольных значениях параметров оболочки В чь О. Необходимо повторить расчеты, варьируя давление, и добиться того, чтобы выполнялось условие .0 = О. Это значение нагрузки определяет собственное число системы для заданного и, но может не соответствовать критическому состоянию оболочки, так как, вообще говоря, не минимально, Перебирая числа и, нужно найти ряд значений давления р, наименьшее из которых будет критическим.
Формы потери устойчивости оболочки находятся с помощью обратного хода прогонки. Для этого используется соотношение (9.59). Это соотношение и рекуррептная зависимость (9.60) позволяют найти матрицы [Ф1; вплоть до [Ф]„,. Получается уравнение (у)„, — [Ф]„, (у),, = О, (9.61) которое необходимо дополнить системой из второго уравнения (9.57) при 2 = п — 1 и третьего уравнения (9.57). Исключив отсюда (у)„, получим [4 (у)„2 + И] (у)„1 = О, Часть В РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ Глава 10 ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ РАКЕТ НА ПРОЧНОСТЬ Работоспособность кочструкции и ее весовые характеристики определяются прежде всего принимаемыми при расчете требованиями к прочности.
В течение десятилетий проектировщики самолетов и ракет основываются на нормативных методах расчета на прочность. На основе обширных теоретических и экспериментальных исследований, большого опыта эксплуатации конструкций для различных расчетных случаев устанавливаются нормированные значения коэффициентов ' безопасности. Близкие к единице значения коэффициентов безопасности свидетельствуют, кроме всего прочего, о высоких требованиях к методам расчета. Предварительные проектировочные и текущие поверочные расчеты проводят с использованием современных теорий, численных и аналитических методов анализа. Окончательное суждение о прочности конструкции выносят после проведения цикла статических испытаний. В этой главе освещаются перечисленные вопросы, а также особенности нагружения ракеты в полете. Более подробные расчеты отдельных отсеков и агрегатов рассматриваются в следующих главах.
$10.1. Основные принципы расчета Задача расчета на прочность элементов конструкции ракеты состоит в том, чтобы обеспечить надежную работу конструкции при минимальной ее массе. Формулировка условий надежности зависит от принимаемых критериев при оценке прочности, а также от методов определения расчетных предельных состояний конструкций. В самолетостроении и ракетной технике чаще всего принимается метод расчета по р а з р у ш а ю щ и м н а г р у з к а м, при котором размеры элементов конструкции выбирают таким образом, чтобы кон'- струкция выдерживала без разрушения определенную нормированную нагрузку.
Эта нагрузка называется р а счет н о й р аз р у ш ающ е й н а г р у з к о й. Расчетная разрушающая нагрузка равна эксплуатационной нагрузке, умноженной на коэффициент безопасности ~. 3 к с п л у а т а ц и о н и ы м и н а г р у з к а м и являются все внешние силы, действущие на ракету, перегрузки, внутренние. силы, 271 возникающие в корпусе при рабочих режимах полета, транспортиров.
ке или старте. Их определяют по результатам баллистических и аэродинамических расчетов, продувок, полетных испытаний и пр. Эксплуатационные нагрузки связаны с расчетными соотношениями где Х, У вЂ” аэродинамические силы; à — тяга двигателя; У вЂ” нормальная сила; М вЂ” изгибающий момент в сечении корпуса. Соответственно расчетная перегрузка пр = ~п,. Степень надежности, с одной стороны, и весовая эффективность конструкции, с другой, зависят от значения коэффициента безопасности ~. Невыгодно создавать конструкции с большими значениями коэффициента безопасности — они будут иметь неоправданно большой вес. При сильно заниженных значениях коэффициента безопасности возможно разрушение элементов конструкции в реальных условиях эксплуатации.
При назначении коэффициента безопасности нужно учитывать, как точно определены эксплуатационные нагрузки (т. е. погрешности аэродинамических, баллистических, тепловых и других расчетов, допуски на давление в баках и пр.); кроме того, играет роль известная условность в расчетах на прочность: неполное соответствие силовой схемы реальной конструкции, отклонения от номинальных значений размеров, механических характеристик материала и т. д. Для самолетов ~ =- 1,5 ... 2,0. В Англии в требованиях к расчету управляемых снарядов указывается, что расчет' конструкции на прочность должен проводиться с коэффициентом безопасности ~ =- 1,33.
В США согласно требованиям к прочности беспилотных летательных аппаратов в полете коэффициент безопасности принят равным 1". = 1,25; в случаях обслуживания ракеты на земле коэффициент безопасности повышается до 1' = 1,5. В большинстве случаев вводить одинаковый коэффициент безопасности для всех ракет и всех условий эксплуатации нерационально. Учитывая недостаточную достоверность определения отдельных составляющих нагрузки, к этим составляющим иногда применяют разные коэффициенты безопасности. Например, ко-' эффициент безопасности на давление в баках при расчете на устойчивость может быть взят минимальным, в то время как соответствующее значение коэффициента' на внешние силы несколько больше. Сравнительно небольшое значение коэффициента безопасности для ракет обусловлено одноразовым их применением.
Некоторые элементы конструкции ракеты рассчитывают, принимая повышенные коэффициенты безопасности. Например, для баллонов высокого давления при их заправке в присутствии людей обычно коэффициент безопасности 1' =2. Для большинства элементов, работающих на растяжение, расчетной разрушающей нагрузке должны соответствовать напряжения, равные пределу прочности материала. Для отсеков, подверженных сжатию, этой нагрузке должны соответствовать критические напряжения потери устойчивости: для гладких отсеков — напряжения хлопка, для стрингерных и других 'подкрепленных отсеков — критическйе напряжения потери общей устойчивости.
Для определения разрушающих нагрузок реальных конструкций' ракет используют статические испытания. По результатам испытаний определяют фактическую разрушающую нагрузку в расчетных случаях загружения. Отношение ее к расчетной разрушающей нагрузке ~Ф разр ~~р раар служит оценкой точности расчета, причем для правильно спроектированных и рассчитанных конструкций эта величина должна быть близкой к единице.
Необходимо отметить, что такие элементы конструкции ракеты,.как двигатели ЖРД или РДТТ, находящиеся в условиях интепсивиога нагружения и нагрева, рассчитывают не только по разрушающим нагрузкам, а и по допускаемым напряжениям или по допускаемым перемещениям ~26). Запас прочности при расчете по допускаемым напряжениям определяют как отношение пв пв~оэ~ где о, — предел прочности материала; а, — максимальное значение эксплуатационного напряжения. Подробнее особенности расчета двигателей по допускаемым напряжениям рассмотрены ниже в гл.
14. В связи с тем' что баллистическая ракета имеет программные траектории полета, нагрузки в каждой точке трассы полета определяются на основе баллистических и динамических расчетов. В некоторые моменты времени полета напряжения в сечениях ракеты достигают наибольших значений. Эти моменты соответствуют случаям наиболее опасных комбинаций-нагрузок и называются р а с ч е т н ы м и с л уч а я м и.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
