Проектирование двигательной установки и элементов конструкции второй ступени баллистической ракеты (стр. 17 из 24)

Местная устойчивость обшивки

Критическое усилие потери местнойустойчивости оболочки:

.

Запас прочности:

.

Местная устойчивость продольных ребер

Критическое усилие потери устойчивости продольного ребра:

.

Запас прочности:

.

Масса отсека вафельной конструкции

Масса обшивки хвостового отсека:

.

Масса силового набора:

где

- площадь ребер в поперечном и кольцевом направлении.

- количество ребер в поперечном направлении.

- количество ребер в кольцевом направлении.

Масса отсека:

.

По результатам проведенных расчетов наименьшую массу имеет отсек вафельной конструкции.

Если определяющим критерием выбора конструктивно-силовой схемы отсека _ей_яется минимальная масса, то предпочтительнее использовать вафельную оболочку. Но если выбор вести и по критерию стоимости изготовления то предпочтительнее использовать оболочку, подкрепленную стрингерами, так как ее стоимость значительно ниже.

7.2 Расчет фермы полезной нагрузки

Рамные конструкции применяются в ЛА для крепления полезной нагрузки в герметичных контейнерах, приборов и аппаратуры, а также для установки двигателей в отсеках в отсеках больших габаритных размеров.

Конструктивные схемы рам определяются требуемой жесткостью конструкции. При выборе конструктивно-силовой схемы фермы учитывается назначение конструкции и требуется в основном определить необходимое число стержневых элементов, их взаимное расположение и число шпангоутов по заданным параметрам прочности и жесткости. При этом требуется обеспечить геометрическую неизменяемость системы, для чего фермы должны быть осесимметричными.

Силовая ферменная конструкция состоит из труб, штампованных фитингов с трубчатыми отростками для соединения сваркой с трубчатыми стержнями и из опор, с помощью которых ферма крепится к стыковочному шпангоуту.

Стержни, как правило, выполняются из труб, а при значительных нагрузках – из прессованных профилей: двутавров, швеллеров и т. д.

Фитинги ферменной конструкции обеспечивают не только жесткую механическую связь, но и также более равномерное распределение и передачу нагрузок.

Исходные данные:

Перегрузка в конце АУТ второй ступени

.

Масса полезной нагрузки

.

Радиус нижнего основания фермы

.

Радиус верхнего основания фермы

.

Высота фермы

.

Число узлов фермы на меньшем основании

.

Число стержней фермы

.

Температура рабочей среды

.

Марка материала фермыАмг6.

Предел прочности

Предел текучести

.

Модуль упругости

.

Рис.2.5 Расчетная схема фермы ПН

Расчетное усилие, действующее на ферму

Вес полезной нагрузки:

,

Осевая сила:

где

- коэффициент динамичности ( ).

Перерезывающая сила:

.

где

- коэффициент поперечной перегрузки ( ).

Изгибающий момент относительно меньшего основания фермы:

.

где

- расстояние от центра тяжести ПН до верхнего основания фермы.

Расстояние между узлами по меньшему диаметру фермы:

.

Длина стержней:

Наибольшее касательное усилие на узел фермы в сечении

:

;

;

.

Принимаем:

.

Наибольшая осевая нагрузка на узел с угловой координатой

(точка а):

.

Наибольшая осевая нагрузка на узел угловой координатой

(точка b):

;

;

;

;

Принимаем за наибольшее расчетное усилие в стержне

.

Расчет стержня фермы трубчатого сечения

Предельная гибкость стержня:

где

- коэффициент заделки стержня, учитывающий жесткость закрепления стержня на опоре .

Потребная площадь поперечного сечения стержня:

.

Потребный момент инерции стержня трубчатого сечения:

.

По сортаменту стандартного проката подбираем трубу с максимально близкими значениями площади

и момента инерции .

Для изготовления стержня фермы принимаем трубу Амг6 18х1,5 ГОСТ 18482-79, имеющую площадь сечения

, момент инерции .

Действительные напряжения сжатия в стержне:

.

Действительная гибкость стержня:

.

Критическое напряжение при условии

:

.

Условие устойчивости

выполняется.

Коэффициент запаса устойчивости:

;

Коэффициент запаса находится в допустимых пределах

.

7.3 Компенсация отверстий в баке окислителя второй ступени

При наличии отверстий в оболочках, сопротивляемость неподкреплённых стенок значительно снижается, поэтому возникает необходимость компенсировать это ослабление. Как показывают эксперименты, вблизи неподкреплённых отверстий имеет место значительная концентрация напряжений, причём местные напряжения имеют быстро затухающий характер.

Для компенсации ослабления и уменьшения концентрации напряжений, отверстие окантовывается добавочным материалом. Частично или полностью ослабление компенсируется также за счёт увеличения толщины оболочки. Однако увеличение толщины всей оболочки нерационально, так как приводит к излишней затрате материала и увеличению массы конструкции, поэтому увеличивают толщину оболочки только в некоторой зоне вблизи отверстия.