Балабух Л.И., Алфутов Н.А., Усюкин В.И. - Строительная механика ракет (1061784), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Сумма всех элементарных массовых сил должна равняться весу ракеты, а точка приложения равнодействующей должна совпадать с центром тяжести х,, изделия. Соответственно силы Р„; в сумме должны быть равны поперечной нагрузке У, а точка приложения их равнодействующей должна совпадать с центром давления ракеты. ь1тобы найти значения перерезывающей силы и изгибающего момента, нужно теперь просуммировать полученные 1-е усилия.
Перерезывающая сила в ~'-м сечении 1 3 ф =- — '~', и,; Р„,;+ ~ Р„; — ~ г„„ у'= а ~ — о у о а изгибающий момент М; = Л '~' Я, + '~ М„ь 1==о у=а На рис. 10,9 приведены типичные эпюры У, М для двухступенчатой ракеты. Выше рассмотрены особенности определения внутренних усилий в корпусе ракеты схемы «тандем». Прежде чем строить эпюру У (х), Если в последующих сечениях корпуса х,; х.„... приложены сосредоточенные моменты, то их следует добавить в правую часть последнего уравнения для участков х, ( х( х, и т. д. Эиюры изгибающих моментов и перерезывающих сил, так же как и рассмотренные ранее эпюры осевой силы й1, строят по данным численных расчетов.
Численному интегрированию уравнений (10.34) и (10.36) должно предшествовать распределение сил инерции и аэродинамических сил по участкам интегрирования. При расчете поперечных сил инерции от жидкости считается„что зеркало жидкости нормально к оси ракеты, так как осевая перегрузка существенно больше поперечной на всем участке активного полета.
Силы инерции жидкости по длине от зеркала до днища считаются распределенными равномерно. Поперечные силы инерции от агрегатов воспринимаются корпусом в узлах их крепления. Для консольно закрепленных элементов, например, таких, как ЖРЛ, при действии поперечной перегрузки необходимо учитывать в местах крепления не только силу, но и сосредоточенный момент. Сосредоточенный момент М„распределяется в соседних 1-м и 1' — 1-м сечениях согласно зависимостям М; = М,а;,/Л; М;, = — М,а;~Л. Я (х), М (х) для ракеты схемы «пакет», надо провести расчетм по определению реакций в связях ступеней. При статически определимом креплении ступеней реакции связей определить нетрудно, каждую ступень при этом считают абсолютно жестким телом. Например, соединения ступеней ракеты «Титан-ЗО> статически определимы.
Осевая сила ускорителя первой ступени на корпусе второй ступени воспринимается продольными лонжеронами. Эксцентриситет тяги и лобовой силы дает радиальные составляющие на корпус, воспринимаемые в двух сечениях. Если по длине ракеты осевая сила воспринимается в двух и более сечениях или число радиальных связей больше двух, то такая система статически неопределима. Трудности вычисления реакций существенно возрастают. В этом случае корпус рассматривают как оболочку, подкрепленную реальными усиливающими .
элементами Рис. 10.9 (шпангоутами, лонжеронами). Необходимо учитывать деформации как всего корпуса, так и отдельных его элементов, соединяющих ускорители с ракетой. После определения реакций связей расчет внутренних усилий проводят отдельно для каждого элемента пакета. Реакции связей при этом считают внешними силами, и зпюры строят в той же последовательности, что и для схемы «тандем». 5 10.4. Испытания конструкций При создании конструкций сухих отсеков, баков и отдельных узлов ракеты наряду с теоретическими расчетами проводят механические испытания. Они включают в себя широкий круг статических и динамических лабораторных экспериментов над элементами конструкций, агрегатами, отсеками и блоками отсеков. На первых стадиях проектирования проводят с т а т и ч е с к и е и с и ы т а н и я моделей конструкции и ее отдельных элементов. При этом уточняют методику расчета, обосновывают выбор наиболее рационального варианта и схемы конструкции, например, уточняют коэффициенты местной потери устойчивости панели обшивки сухого подкрепленного отсека, критические напряжения оболочки бака, нагруженного осевой сжимающей силой и внутренним давлением, определяют разрушающие силы в стыковых соединениях.и других элемептах, плохо поддающихся расчету.
Следует иметь в виду, что к испытаниям конструкции на моделях нужна относиться осторожно. До сих пор еще не удалось добиться подобия конструкции модели при анализе устойчивости тонких оболочек, поэтому значения разрушающих сил при этом обычно определяют на натурных образцах. Этот этап разработки конструкции весьма трудоемок, и вместе с тем имеет определенную исследовательскую направленность.
Сочетание теоретического анализа с экспериментом позволяет обоснованно подойти к выбору рациональной схемы и материала конструкции. Первый опытный образец новой конструкции обязательно должен пройти с т а т и ч е с к и е и с и ы т а н и я. Статические испытания отдельных отсеков и всей силовой конструкции являются проверкой расчета на прочность. С их помощью устанавливают соответствие расчетной и фактической разрушающей нагрузок, т. е.
коэффициент, определяющий точность расчета и =- Рф.р„ /Рд р„р. Как уже отмечалось в 510.1, для правильно спроектированйой конструкции этот коэффициент должен быть близок к единице. При статических испытаниях конструкцию нагружают наибольшими силами каждого расчетного случая. Добиться полного воспроизведения в лабораторных условиях полетной нагрузки не всегда удается. Дело в том, что распределенные составляющие внешних сил от аэродинамического давления и сил инерции при испытаниях прикладывают в виде локальных сил, передаваемых через лямки из ткани приклеиваемые к поверхности.
Чтобы при испытаниях получить такие же внешние силы, что и при расчете, необходимо лямки ставить очень часто, что значительно затрудняет эксперимент. Сложная рычажная система, объединяющая лямки, передает нагрузку от гидравлических или электрических силовозбудителей на корпус. Нагружение корпуса ракеты осевой сжимающей силой соответствует обычно наиболее важным расчетным случаям. При переменной вдоль оси силе .к верхнему торцу отсека прикладывается сила с помощью пресса, а ряды лямок создают дополнительную нагрузку.
Обычно удается получить эпюры в виде ломанной линии, приближенно реализующей нагрузку. При испытании необходимо следить за поведением обшивки и подкрепляющих элементов. Наклеенные лямки существенно затрудняют наблюдения. Поэтому иногда, особенно для коротких отсеков, переменную вдоль оси силу заменяют постоянной. Испытания при этом можно проводить на мощных прессах или с помощью специальных приспособлений.
Имитация поперечной распределенной нагрузки осуществляется также с помощью лямок. Отдельные отсеки при испытаниях, как правило, закрепляют консольно на силовой колонне. Нагрузку прикладывают в нескольких сечениях. Испытания всей конструкции на изгиб проводят, нагружая корпус самоуравновешенной системой внешних сил, имитирующей эпюру изгибающих моментов определенного расчетного случая. Если необходимо нагрузить отсек или его часть внешним давлением, удобно применять мягкие торообразные емкости, опоясывающие отсеки. Подачей давления в емкости создают распределенную нагруз- ку на отсек. Чтобы имитировать небольшие внешние распределенные силы 1давление) па отдельных участках, используется нагружение с помощью мешочков с дробью, При статических испытаниях пагружение проводят до эксплуатационного и разрушающего значений нагрузки.
Прежде всего испытывают отсеки и всю натурную конструкцию при э к с и л у а т а ц но н н о й н а г р у з к е во всех расчетных случаях. Увеличение нагрузки после «обтяжки», составляющей 30...40 М от расчетного значения, ведут через каждые 10 %. При большом числе силовозбудителей применяют автоматические программные устройства. По достижении эксплуатационного значения нагрузку снимают. После этого отмечают наличие остаточных деформаций, разрушение крепежных элементов, местную потерю устойчивости обшивки. Таким же образом проводят испытания по определению р а з р уш а ю щ е й н а г р у з к и.
Это наиболее сложный этап эксперимента. Он сопровождается вначале местными разрушениями, а затем полным исчерпанием несущей способности конструкции. На каждом этапе нагружения определяют напряжения и форму деформирования конструкции.
Напряженное состояние в наиболее ответственных элементах определяют с помощью тензодатчиков. Измерение геометрии при пагруженни регистрируют обычно оптическими устройствами. В связи с тем что на различных участках полета и наземной эксплуатации на ракету действуют силы, меняющиеся во времени, испытания опытных образцов включают в себя эксперименты при ди н амическом нагруженин, Это касается прежде всего случаев старта, разделения ступеней, транспортировки на земле отдельных агрегатов и блоков. Проводят испытания как натурных конструкций, так и динамически подобных моделей. Проверяют не только работу механических систем 1замков, разъемных соединений и др.), но и прочность отдельных элементов конструкции при динамическом на.
гружении. Важной частью динамических испытаний являются эксперименты по определению частот и форм свободных колебаний, а также коэффициентов демпфирования. Результаты этих испытаний позволяют более обоснованно подходить к расчету конструкции при динамических нагрузках. С помощью оптических или электрических датчиков в ряде сечений фиксируются амплитуды, которые позволяют построить формы колебаний'при этой частоте. Эксперименты многократно повторяют при широком спектре частот возбуждения. Отдельные элементы конструкции в полетеиспытывают не только механическое, но и те и л о в о е в о з д е й с т в и е. Испытания конструкции при совместном нагруженни внешними силами и нагреве— наиболее сложная часть экспериментальных работ.
Для этого строят специальные приспособления и стенды, имитирующие нагружение конструкции. Результаты экспериментов позволяют уточнить расчетные методики, Глава 11 РАСЧЕТ БАКОВ При расчете баков ракет широко используются результаты экспери. ментальных исследований. Это касается прежде всего расчетов на устойчивость. Критические напряжения потери устойчивости тонкостенных элементов определяют преимущественно опытным путем. В этой главе рассмотрена приближенная методика расчета на устойчивость основного силового элемента конструкции — цилиндрических обечаек несущих баков. Учитывается влияние внутреннего давления, неравномерности распределения напряжений по сечению. Используются данные экспериментов, служащие для уточнения теоретических формул. Приведена последовательность определения численных значений критических нагрузок для различных подкрепленных и неподкрепленпых конструкций баков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
