balabuh_l_i___alfutov_n_a___usyukin_v_i_ _stroitelnaja_mehani (523124), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Далее используют соотношения (11.70) ... (11.72). Составляющие сил на участках П и 1П в точке Ь (рис. 11.16, б) равны реакции, с которой отсек Ю воздействует на бак в месте разветвления. Радиальная со- ) ~озО; (1 1.70) Подставив~~сюда при 1 = О Т„и Т„из формул (11.69), определим ЬТ1о. Мерйдиональную силу в других точках находим из зависимости Т„+, - Т» + ЛТ». (11.71) Окружную силу Т, подсчитывают по формуле То1+1 =Я„+1 р,+и у(х;+,— хо) — "+']. (11.72) ~Ъ+11; С помощью приведенных уравнений можно найти силы во всех точках частка Псфероидального бака до точки разветвления (рис. 11.16, а).
нутренние силы на участке П1 определяют в той же последовательности. Начинать расчет удобнее с оси симметрии (точка а), где давление Ра = Ро + а~У (хо — хо). (11.73) ставляющая д„реакции создает нормальную силу в соединительном шпангоуте, осевая д„— соответствует массе топлива, содержащейся в баке. Расчет торообразного бака (рис, 11.17) ведется в той же последовательности. Вначале определяются силы Т, и Т, в точке а, где касательная кмеридиану нормальна к оси вращения.
Полагая, что радиус Рис. 11.16 Рис. 11.17 кривизны меридиана здесь равен Я~„, силы в узкой зоне вблизи О = О определяем из соотношений (11.51) и (11.52). Для О = О и давления, определяемого формулой (11.73), силы равны Т1а = РОЙ1а + пх7 (ха хО) 7~1аь (11.74) 1 1 Тйа = 2 Ро 1~1а+ пх 7 (ха %)) 1~1а Соотношения (11.70) ... (11.72) позволяют найти силы Т, и Т, во всех точках оболочки ниже уровня жидкости. При х. х„расчет ведется так же, но в уравнении (11.72) второе слагаемое в квадратных скобках приравнивается нулю. Необходимо иметь и виду, что для участка 117 положительной кривизны (рис. 11.17) угол О ) О и радиус кривизны Я, -: О. Участкам Пи1 соответствует О; Ои Я, < О. При этом возможно, чтопри больших значениях Я, (на близких к прямолинейным участках меридиана) могут возникнуть окружные сжимающие силы.
Чтобы этого избежать, нвобходпмо при проектировании бака выбирать в соотношении (11.72) величину Я,;+, такой, чтобы последнее слагаемое было больше первых двух. Расчет сил по приведенной схеме проводится для нескольких случаев нагружения, При этом определяют расчетный случай (как в ~ 11.2) и из условия прочности подбирают толщину стенки обечайки. Глава 12 РАСЧЕТ СУХИХ ОТСЕКОВ К сухим отсекам относят двигательные отсеки ракет с ~КРД, межбаковые отсеки, обтекатели, псреходныс отсеки, корпус ракеты с подвесньгмп баками.
Расчет каждой из этих конструкций имеет свои особенности. Однако в них и много оощего, что позволяет выделить типовые схемы расчета для различных вариантов конструкций. В этой главе излагаются основы проектировочных расчетов подкрепленных сухих отсеков. Дастся последовательность выбора продольных и поперечных силовых элементов для нескольких расчетных схем. Рассматривается расчет переходных отсеков ферменной конструкции, В 12Л. Конструктивные схемы и нагрузки / У, М ~ 1 Т, = — ~ — + — соз ~р~~ —; 2пг л1 2 С05 т (12,1) 5==~ — ~ 1ду з1пф, / Я М ~ лг лг'- (12,2) где ср — угловая координата в окружном направлении; у — угол конусности; г — текущий радиус сечения конуса. От внешнего давления р в сечении отсека возникают окружные силы Конструкция сухих отсеков определяется назначением и общей компоновкой ракеты.
Наибольшее распространение получили цилиндрические и конические отсеки, выполненные в виде оболочек вращения, подкрепленных силовым набором. Некоторые конструкции переходных отсеков изготовляют из элементов ферм. Сухие отсеки слабо герметизированы, работают без наддува и нагружены силами реакции соседних отсеков корпуса ракеты и местным аэродинамическим давлением.
В сечениях отсеков действуют изгибающие моменты М, нормальные силы Ж и перерезывающие силы 9. В расчетах отсеков на прочность необходимо учитывать температурное состояние конструкции, определяемое, в первую очередь, аэродинамическим нагревом. Сухие отсеки ракет, приспособленных к подводному старту, нагружены большим внешним давлением. Внешним давлением на активном участке полета нагружены и конические элементы переходных отсеков. Меридиональные силы Т и силы сдвига 5, возникающие в сечениях конического сухого отсека, определяются формулами (12 б) Для цилиндрического отсека у=0 и г=й=сопз1 и соотношения (12.1) ... (12.3) упрощаются: ( Ж Л Т,=- — ( + — соз гр; (12А) 2л1с дйз 5= — з(пгр; лЯ Т = — р1«..
(12.6) Силы Т„5 и Тз являются исходными для расчета отсеков. Расчет цилиндрических сухих отсеков, находящихся в средней части корпуса, ведется па наибольшее значение эквивалентной сжимающей силы У„,. При выооре расчетных случаев для конических участков переходных отсеков определяющими являются эквивалентная сжимающая сила Л'зк, и внешнее давление р. Корпусдвигательного отсека рассчитывают на случай стоянки на стартовом столе, когда отсек нагружен силой реакции от веса ракеты и изгибающим моментом от ветровой нагрузки.
Стыковые соединения сухих отсеков рассчитывают, как правило, наслучай наземной транспортировки. Рассмотрим некоторые конструктивные варианты сухих отсеков, основной расчетной силой для которых является меридиональная сила Ть а силы Тз и 5 хотя не равны нулю, но значительно меньше силы Т,. Примером наиболее простого варианта сухого отсека является гладкий отсек в виде неподкрепленной оболочки. Несущая способность конструкции, нагруженной осевой сжимающей силой, определяется ее устойчивостью. Критические напряжения для цилиндрической и слабо конической оболочки можно найти по зависимостям ~ 8,б. Для неподкреплеппой оболочки, например из магниевого сплава, с параметром К~Й=ЗОО, где Л вЂ” радиус; 6 — толщина оболочки, критическое напряжение о,р=20 МПа, т. е.
очень мало. Если критические напряжения сжатия сравнить с пределом текучести материала, то отношение о р/о =0,1... 0,2. По этому отношению можно судить о неэффективности в весовом отношении конструкции гладких неподкреплснпых отсеков, нагруженных осевой сжимающей нагрузкой. Однако эти конструкции благодаря простой технологии изготовления все же применяют в виде коротких переходных цилиндрических участков, соединяющих баки с сухими отсеками.
Неподкреплепные гладкие отсеки ставят в тех случаях, когда они составляют небольшую долю в весовом балансе конструкции. Примером гладкого сухого отсека может служить часть отсека ракеты «Аджена», примыкающая к баку. Ракета «Лджена» применяется как последняя ступень носителей «Титан-2, -3» и «Лтлас». Основной оуек корпусы представляет собой цилиндрическую оболочку диаметром В= й00 мм, состоящую из двух частей. Передняя часть выполнена из листов магниевого сплава толщиной 6= 1,8 мм и продольных подкрепляющих элементов — стрингеров.
Задняя часть отсека изготовлена также из листов магниевого сплава, но не имеет подкреплений. Толщина оболочки здесь 6=2,5 мм. На торцах пеподкрспленного отсека имеются шпангоуты. К заднему шпангоуту по периметру прикреплен блок баков. Через этот шпангоут на корпус передается усилие от тяги ракетного двигателя. Расчетная нагрузка для корпуса — сжимающая. 31а Н аиболее широко ие только в баллистических ракетах, йо и в дру. гих летательных аппаратах применяются стрингерные и лонжеронные отсеки.
Конструкции этих отсеков обычно состоят из обшивки, подкрепленной продольными элементами — стрингерами или лонжеронами (как правило, из прессованных профилей), а также поперечными кольцами — шпангоутами. При конструировании отсека очень трудно обеспечить устойчивость обшивки между подкрепляющими элементами. Иногда приходится допускать потерю устойчивости обшивки при сравнительно малой нагрузке. Основными несущими элементами вэтом случае являются продольные подкрепления. Конструкцию такого типа будем называть л он ж ер он н о й. Малый вес отсека достигается тем, что У ,,', ,4~ удается допустить высокие напряжения в лонжеронах.
О ~ ~' Если в соответствии с требованиями эксплуатации потеря устойчивости обшивки недопустима, приходится идти О по другому пути: применять более тол- стую обшивку с частыми продольными О подкреплениями. Это увеличивает критические напряжения обшивки. Одновременно оказывается возможным уменьРис, 12 1 шить размеры сечений продольных элеЯМФф и ментов.
Для увеличения общей устойчивости отсек разбивается на несколько участков шпангоутами. Конструкцию этого типа называют стр и н гери ой. Критические напряжения для стрингерной и лонжеронной конструкций значительно выше критических напряжений для такой же по весу гладкой оболочки. В этих конструкциях удается достичь относительногочуровня критических напряжений о„„/от = 0,4 ... 0,5.
Стрингерные и лонжеронные конструкции отсеков уже много лет применяют в самолетостроении; теперь их используют при создании многих типов ракет. Межбаковый отсек сбрасываемой топливной ступени транспортного корабля «Спейс Шаттл» имеет форму цилиндра длиной 6,87 и и диаметром 8,4 м (рис.
12.1). Он состоит из панелей обшивки, главного к четырех промежуточных шпангоутов, четырех лонжеронов и поперечной силовой балки. Все панели изготовлены ив алюминиевого сплава, их соединяют сваркой с торцовыми шпангоутами, которыми отсек болтами стыкуется с баком окислителя и баком горючего. Толщина панелей переменная, в каждой из них имеется два внутренних лонжерона и 18 наружных стрингеров треугольного сечения. Одним из вариантов подкрепленной коиструкпии является панельная конструкция. Для сухих Отсеков применяют прессованные или механически и химически фрезерованные панели. Частые продольные подкрепления в стрингерно-панельной конструкции и- продольные и поперечные в вафельной конструкции позволяют избежать потери устойчивости обшивки.
При расчете на общую устойчивость такую конструкцию можно считать конструктивно-анизотропной оболочкбй. 816 Выше мы отмечали, что при сжатии отсека, имеющего продольные и поперечные подкрепления, трудно обеспечить устойчивость тонкой обшивки между подкреплениями. При работе отсека на сжатие обшивка, потерявшая устойчивость, частично выключается из работы. Чтобы повысить местные критические напряжения этой обшивки, нужно существенно уменьшить расст<ганне между подкреплениями. Такая конструкция приближается к гофрированной. Существует несколько вариантов сухих отсеков гофрированной конструкции. Оболочка (двух- или трехслойная) состоит из одного слоя гофра и одного или двух слоев гладкой обшивки. Листы соединены с помощью сварки или склеивания.
Материал - — алюминиевые сплавы или нержавеющая сталь. Применяют гофры различного сечения трапециевидные, синусоидальные, омегообразные и др. Иногда используют конструкции в виде гофрированной обшивки, подкрепленной 111'</1,' '. ' ',: "»', мощными лонжеронами. При расчете на общую устойчивость« замкнутые цилиндрические и конические гофриро- Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
