ВВС-ЛабРабота-12-Констр_КА

Курс "Введение с специальную технику"

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12

Конструирование топливного бака ракеты

В данной лабораторной работе мы ознакомимся с понятием конструирования компонентов (узлов и агрегатов) ракетно-космической техники и решим частную задачу конструирования топливного бака ракеты-носителя.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1) Задача конструирования ракетно-космической техники и её компонентов:

При разработке ракетно-космической техники наряду с решением проектных задач

(определение бортового состава РН или КА; определение проектных характеристик массы, габаритов, энергетики и т.п.; формирование компоновочной схемы …) важным является решение задачи конструирования РН или КА и их узлов и агрегатов.

Задача конструирования включает в себя следующие основные подзадачи:

выделение элементов конструкции РН или КА, разбиение конструкции до элементарных деталей

(например, для ракеты схема членения на элементы конструкции приведена на рис. 1);

Двигательная установка

Рисунок 1 – Разделение общей компоновочной схемы одноступенчатой ракеты

выбор материалов (конструкционных материалов), из которых изготавливается каждая деталь узла конструкции (см. рис. 2);

конструкции Композитные материалы

Пластмассы и т.д.

Рисунок 2 - Конструкционные материалы

1

Курс "Введение с специальную технику"

расчет минимально допустимых толщин или площадей в сечениях деталей, при которых деталь конструкции под действием расчетных нагрузок остается прочной и не разрушается (см. рис. 3);

I I

δ2

Рисунок 3 - Выбор толщин и площадей в сечениях детали конструкции

выбор реальных толщин или площадей в сечениях деталей при которых запас прочности как можно больше и масса детали как можно меньше ( 1реальн 1 , 2реальн 2 , Sшпреальн Sшп см. рис. 3);

выбор способа соединения деталей в узле конструкции (сварное соединение, клеевое соединение,

клёпанное соединение, болтовое соединение и т.д.) с учетом выполнения условия прочности и других требований к соединению;

составление требований к обработке поверхностей деталей конструкции при изготовлении их на производстве, требований к соединению деталей, подготовка конструкторской документации.

2) Расчет конструкционных характеристик топливного бака ракеты-носителя :

Рассмотрим задачу конструирования на примере расчета и выбора конструкторских характеристик несущего топливного бака ракеты-носителя.

Пример 1: В составе конструкции ракеты-носителя планируется использовать топливный бак в форме несущей цилиндрической оболочки (см. рис. 4). Конструкция бака испытывает

Рисунок 4 - К решению примера 1 Для изготовления топливного бака планируется использовать сплав марки АМг6

(дюралюминиевый сплав), Характеристики сплава указаны в таблице 1.

2

Курс "Введение с специальную технику"

Коэффициент безопасности принимается равным f 2 . Считаем, что все детали топливного бака изготавливаются из одного конструкционного материала, и толщины оболочек выбираются одинаковой толщины ( 1 2 ).

Таблица 1 - Характеристики конструкционных материалов

Требуется определить толщину стенки обечайки топливного бака ( 1 ) и при которой выполнится условие прочности.

Решение:

1) Под действием нагрузок в конструкции топливного бака возникают нормальные и касательные напряжения (см. рис. 5).

Рисунок 5 - Напряжения в конструкции топливного бака

2) Условием прочности (не разрушения) конструкции топливного бака будет соблюдение следующих неравенств в зависимости от вида возникшего разрушения:

- условие прочности при растяжении стенок обечаек бака описывается выражением (1):

сечения бака; S - площадь поперечного сечения бака.

3

конструкционного материала сплава АМг6. Для этого в MS Excel составим таблицу исходных данных (см. рис. 6).

Рисунок 6 - Исходные данные для расчета

4

Курс "Введение с специальную технику"

Далее составим таблицу в которой зададим диапазон изменения толщины обечаек топливного бака 1 1min , 1max с шагом 1 0,1мм (см. рис. 7).

Поэтому в качестве условия прочности выбираем выражение (1). Если построить график

Рисунок 8 - Подбор толщины стенки топливного бака

Соответственно, из таблицы 1 выбираем ближайшее большее значение стандартных толщин листов из сплава АМг6 - 1станд 6 мм.

5

Курс "Введение с специальную технику"

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Перечислите подзадачи конструирования элементов ракетно-космической техники.

2.Что такое конструкционные материалы?

3.Исходя из каких требований выбираются параметры деталей конструкции?

ЗАДАНИЕ

1) В составе конструкции ракеты-носителя планируется использовать топливный бак в форме несущей цилиндрической оболочки (см. рис. 9). Конструкция бака испытывает следующие нагрузки: продольную силовую эксплуатационную нагрузку NЭ ; поперечную силовую

эксплуатационную нагрузку QЭ ; изгибающий эксплуатационный момент Mизг ; внутреннее избыточное давление наддува бака pЭ . Известны геометрические параметры бака: диаметр цилиндрической части бака D ; радиус сферических днищ бака Rсф .

Рисунок 9 - К решению примера 1

Для изготовления топливного бака планируется использовать либо сплав марки АМг6 (дюралюминиевый сплав), либо сплав марки 30ХГСА (сплав стали). Характеристики указанных конструкционных материалов указаны в таблице 2.

Коэффициент безопасности принимается равным f 3. Таблица 2 - Характеристики конструкционных материалов

сечения шпангоута Sшп при которых общая масса конструкции минимальна M min .

Исходные данные для расчетов приведены в таблице 3.

6

Курс "Введение с специальную технику"

Таблица 3 – Исходные данные для расчетов

7