Смекни!
smekni.com

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
):