Конструктивно-силовые схемы сухих отсеков ракет-носителей.
Сухие отсеки – все не баковые отсеки, за исключением ферменных конструкций и крепежных рам. В конструктивном отношении сухие отсеки представляют собой подкрепленные тонкостенные оболочки. Основными силовыми элементами отсеков являются: обшивка, продольный (стрингеры, лонжероны и гофры) и поперечный наборы (шпангоуты).
Продольный набор воспринимает изгибающий момент и осевую силу. Кроме того, стрингеры подкрепляют обшивку, повышая ее критические напряжения потери устойчивости. Поперечный набор обеспечивает сохранение формы отсека и равномерное распределение воздействий сосредоточенных сил. Являясь опорой для стрингеров и обшивки, шпангоуты увеличивают их критические напряжения потери устойчивости. Обшивка служит в основном для восприятия крутящего момента и перерезывающей силы, а также вместе с продольным набором сопротивляется осевой силе и изгибающему моменту.
Гладкие отсеки (рис. 6.2) с неподкрепленной оболочкой являются самыми простыми вариантами сухого отсека. Несущая способность такой конструкции в основном определяется ее устойчивостью. Величина критических напряжений для гладкой оболочки незначительна по сравнению с механическими свойствами материала, в частности с пределом текучести, что свидетельствует о малой массовой эффективности этих отсеков. Некоторое увеличение эффективности достигается использованием оболочки с кольцевыми ребрами. Гладкие оболочки находят применение на самых верхних ступенях ракеты-носителя (особенно, если отсек короткий), где сжимающая нагрузка наименьшая.
Стрингерный отсек (рис. 6.3) в качестве основных силовых элементов содержит стрингеры и шпангоуты. Определенную долю нагрузки воспринимает и обшивка. Шаг стрингеров и толщина обшивки выбираются таким образом, чтобы обшивка не теряла устойчивости до разрушения отсека. Шпангоуты увеличивают общую устойчивость отсека. Критические напряжения стрингерной конструкции значительно выше критических напряжений эквивалентной по массе гладкой оболочки.
Под вафельными оболочками (рис. 6.4) принято понимать конструктивно-ортотропные оболочки с часто расположенным подкрепляющим набором, изготовленным заодно со стенкой. У вафельных оболочек возможны два вида потери устойчивости: общая потеря устойчивости с одновременным разрушением подкрепляющего набора и местная потеря устойчивости части стенки, заключенной между подкрепляющим набором. Местная потеря устойчивости ребра вафельным оболочкам не свойственна.
Высокие значения критических напряжений достигаются и в так называемых гофрированных отсеках (рис. 6.5) . В таких конструкциях гофрированный металлический лист заключается между двумя гладкими обшивками. Возможна конструкция и с одной гладкой обшивкой. Обшивки с гофром соединяются сваркой, пайкой и склейкой. Мелкий шаг гофров обеспечивает высокий уровень критических напряжений местной потери устойчивости, а большой момент инерции сечения такой трехслойной стенки обеспечивает высокий уровень критических напряжений общей потери устойчивости. Это позволяет более полно использовать механические свойства материалов с высокими прочностными свойствами, таких как титан, сталь. Гофрированная обшивка может быть подкреплена силовым набором в виде лонжеронов и шпангоутов, что еще в большей степени увеличивает эффективность таких конструкций.
