Проектирование двигательной установки и элементов конструкции второй ступени баллистической ракеты (стр. 18 из 24)

В баке окислителя второй ступени можно выделить следующие отверстия, выполненные в оболочке: боковой вырез под люк лаз, выполненный в верхнем днище и центральный вырез в нижнем днище под топливную магистраль.

Определение меридиональных и кольцевых погонных усилий в днищах бака окислителя будем проводить по безмоментной теории оболочек. Неточности вызванные допущениями при расчетах, компенсируются коэффициентом безопасности.

Исходные данные:

Радиус сферического днища бака

.

Высота сферического днища

.

Коэффициент безопасности

.

Материал днищаАмг6.

Предел прочности материала днища

.

Усиление отверстия под топливную магистраль

Так как нижнее днище бака окислителя нагружается гидростатическим давлением столба жидкости (давление наддува не учитывается, так как днище совмещенное, а давления наддува в баках горючего и окислителя равны), то наибольшие погонные усилия, _ействующие в оболочке, возникают в момент, когда достигает своего максимума произведение

. Гидростатическое давление достигает своего максимума в конце активного участка траектории первой ступени и равняется .

Рис.2.6 Изменение произведения

по времени полета.

Диаметр отверстия под ЗУ окислителя

.

Диаметр соединения ЗУ и нижнего днища

.

Наружный диаметр накладки

.

Толщина нижнего днища

.

Толщина накладки

.

Рис.2.7 Геометрические параметры трубопровода окислителя

Общая площадь усиливающего элемента (кривизной фигур пренебрегаем):

.

Угол широты на границе отверстия:

;

где

.

Меридиональные погонные усилия на границе отверстия:

.

Нормальная растягивающая сила, действующая в кольце:

.

Напряжение, возникающее в кольце:

.

Максимальная расчетная нагрузка для материала накладки:

.

Условие прочности:

- не выполняется. Необходимо увеличить толщину накладки.

Принимаем новую толщину накладки

.

Увеличенная площадь усиливающего элемента:

.

Напряжение, возникающее в кольце:

.

Условие прочности:

-выполняется.

Усиление отверстия под люк-лаз

Люк-лаз выполнен в верхнем днище бака окислителя, и расположен в стороне от оси симметрии днища. Такое отверстие подвержено комбинированному воздействию меридиональных и кольцевых усилий. При этом усиление такого отверстия будет воспринимать, наряду с растягивающими нагрузками и изгибающие моменты.

Рис.2.8 Верхнее днище и поперечное сечение фланца люка-лаза

Крышки люков-лазов должны герметично закрывать люк. Простейшая герметизация с помощью плоской прокладки не дает надежного уплотнения, поэтому герметизацию осуществляют установкой прокладки в замкнутом объеме и с применением выступов, врезающихся в прокладку.

Фланцы люков необходимы для размещения крепежных шпилек и для восприятия усилий от давления наддува. Минимальное сечение фланца определяется путем вычерчивания в натуральную величину, с учетом крепежных элементов и уплотнений, расположенных в нем. Далее определяем интересующие нас параметры сечения:

-

- момент инерции относительно оси Х (ось перпендикулярна плоскости люка);

-

- площадь эффективного (с учетом места под резьбу и пазов под уплотнения) сечения фланца.

Площадь образующего прямоугольника:

Площадь поперечного сечения резьбовой части:

.

Площадь выреза под уплотнение:

.

Площадь эффективного сечения фланца:

.

Рис.2.9 Расчетное сечение люка лаза

Момент инерции образующего прямоугольника:

.

Момент инерции сечения резьбовой части:

.

Момент инерции выреза под уплотнение:

Момент инерции сечения фланца относительно оси х:

.

Определим нормальные и касательные напряжения, действующие в сечениях фланца. Для этого построим эпюры изгибающих моментов, нормальных и перерезывающих сил на основании следующих зависимостей:

;

;

.

где

- погонная нагрузка, вызванная действием меридиональных, кольцевых усилий. Определяется как среднее арифметическое погонных меридиональных (кольцевых) усилий, действующих на длине диаметра рассматриваемого выреза.

- диаметр средней линии фланца;

- диаметр проходного сечения.

- ширина фланца.

- угол в плоскости выреза, однозначно определяющий положение рассматриваемого сечения.

Таблица №2.2.

Распределение изгибающих моментов, нормальных и перерезывающих сил

0	0	0	6250	0	0	-1333	0	0	4917
10	-2922	16572	5873	623	-3534	-1252	-2298	13037	4620
20	-11336	31145	4788	2417	-6643	-1021	-8918	24502	3766
30	-24227	41962	3125	5167	-8950	-666	-19059	33012	2458
40	-40040	47718	1085	8540	-10177	-231	-31500	37540	853
50	-56868	47718	-1085	12129	-10177	231	-44738	37540	-853
60	-72681	41962	-3125	15502	-8950	666	-57179	33012	-2458
70	-85572	31145	-4788	18251	-6643	1021	-67320	24502	-3766
80	-93986	16572	-5873	20046	-3534	1252	-73940	13037	-4620
90	-96908	0	-6250	20669	0	1333	-76239	0	-4917

Наиболее нагруженное сечение (характеризуется максимальными изгибающим моментом

и нормальной силой ):