книги из ГПНТБ / Москаленко Г.М. Инженерные методы проектирования в ракетодинамике

Величина коэффициента k в формуле (4. 24) определяется

стержня, допускаемое напряжение которого определяется удов­ летворением условий общей и местной потери устойчивости, при­ водит к следующей весовой формуле:

спериментальным кривым, построенным для различных материа­

Nx/Lq2 является коэффициентом напряженности для случая раз­ рушения стержня при сжатии от общей потери устойчивости.

личину допускаемого напряжения и, таким образом, позволяет оценить эффективность использования материала в данном эле­ менте конструкции, т. е. конструктивную эффективность стержня.

са многостержневых систем, таких как рама двигателя или фер­ ма межбакового отсека.

4.5. ПАНЕЛИ

Панели являются составной частью таких элементов конст­ рукции как гаргроты, обтекатели, люки отсеков и т. д.

Аналитические зависимости веса для панелей сложны. При­ водимая ниже формула получена на основании приближенного линейного закона изменения площади поперечного сечения, уста­ новленного Ф. Р. Шэнли [7].

Формула имеет вид

где kn — статистический коэффициент; сга — условное допускае­ мое напряжение при сжатии (не для материала, а для рассматриваемой панели в целом); b — ширина панели; Nx — осевая сжимающая сила.

107

Величина оа рассматривается как постоянное допускаемое напряжение при сжатии. Его величина оптимальна для данно­ го материала (группы материалов) и типа конструкции, а не произвольно определяется напряжением предела текучести при сжатии.

Константа С а также зависит от материала и типа конструк­ ции и имеет примерно одинаковое значение в довольно больших

жет рассматриваться как площадь, необходимая для противодей­

местной потери устойчивости.

Формула отражает функциональный характер изменения ве­ са оболочки, критическое напряжение которой определяется ме­ стной потерей устойчивости. Она применима для мало нагружен­ ных корпусов, типа переходников для головных частей или не­ больших межбаковых отсеков.

При действии на оболочку изгибающего момента Миз его влияние на вес может быть учтено следующей зависимостью:

где &об г — статистический коэффициент.

Вес оболочки, выраженный через объем, записывается так:

где &об з статистический коэффициент; ц0б — объем корпуса. Формула (4. 29) наиболее удобна в применении ее к отсекам,

объем которых можно выразить в функции основных парамет-

108

ров или задаваемых в расчете величин. Так, в применении к при­ борному отсеку объем может быть найден по удельному измери­ телю уПр, величина которого берется по статистическим данным как отношение веса приборов к объему приборного отсека. Обычно уПр~0,5 тс/м3.

Величина параметра D 05 является либо задаваемой величи­ ной, либо определяемой как оптимальный параметр на основании весового анализа (см. разд. 5. 10, 5. 11, 10. 6 ).

Значение статистического коэффициента для дюралюминие­ вых корпусов малого удлинения с учетом концевых шпангоутов и небольших подкреплений колеблется в пределах /г0бз= 27-^32.

Несущие корпусы-переходники служат обычно соединитель­ ным звеном между грузом и верхним топливным баком. По­ скольку объем таких корпусов не всегда удается выразить через основные параметры ракеты, то для них определение веса мож­ но вести по формуле

4.7.ТРЕХСЛОЙНЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ

СРЕБРИСТЫМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ

Пользуясь приближенными зависимостями, выражающими величины наибольших нормальных напряжений и минимальный вес сжатых цилиндрических оболочек через действующие на­ грузки, внешние размеры, характеристики материала конструк­ ции и параметры, характеризующие форму поперечного сечения подкрепляющих элементов, можно получить формулы для опре­ деления веса трехслойных круговых цилиндрических оболочек с тремя простейшими видами ребристого заполнителя:

—заполнитель в виде однослойного гофра (рис. 70);

—заполнитель из швеллерных профилей (рис. 71);

—сотовый заполнитель (рис. 72).

В соответствии с рекомендациями А. А. Лебедева [5] запишем весовые формулы для оболочек с одинаковой толщиной внеш­ них слоев, изготовленных из одного материала.

Вес оболочки с заполнителем из швеллерных элементов равен

где Миз — изгибающий момент; Â06 — удлинение цилиндрической оболочки.

109

для центрально нагруженной балки с неподвижно защемленны­ ми концами. Статистический коэффициент k^z формулы (4.38) не равен статистическому коэффициенту &б і формулы (4.37).

где £б5= 1/8 для свободно опертых концов и k55=\/\2 для непо­ движно защемленных концов.

4. 10. к о н с т р у к ц и я ,

ВЫПОЛНЕННАЯ в ВИДЕ ДИСКОПЛАНА

Конструкция, выполненная в виде дископлана, может быть использована как топливная емкость верхней ступени ракеты или как аэродинамически несущий корпус воздушно-космическо­ го корабля (дископлана). Ее обводы могут быть образованы

двумя шаровыми сегментами или представляют собой эллипсоид

следствием наддува и гидростатического давления компонента топлива. В случае дископлана внутреннее давление может быть обусловлено спецификой корабля, осуществляющего челночные операции по трассе Земля — орбита — Земля.

Для дископлана, образованного двумя шаровыми сегмента­ ми (рис. 73), весовые зависимости, выраженные в функции диа-

112

метра D и объема ѵа, имеют (соответственно) вид

В формулах (4.40) и (4.41) n = D j 2 h — параметр выпуклости днищ.

Для дископлана, выполненного в виде эллипсоида вращения (рис. 74), аналогичные весовые зависимости записываются так:

Вес эллипсоида вращения Gaa может быть определен и по формуле

При этом толщина оболочки бэл будет равна

/ 2 D ?эл = Р* 4 [а]

Формула (4.44) получена для наивыгоднейшего соотношения

параметров h j D = y 2/4. Это соотношение обуславливает пред­ отвращенные потери устойчивости оболочки от внутреннего дав­ ления.

4. 11. ТОРОВЫЕ БАКИ

Схемы сечений торовых баков, выполненных с постоянной, переменной и ступенчатой толщиной стенки, приведены на рис. 75.

Существует следующая методика определения веса таких ба­ ков. Определяется наименьшая толщина стенки в произвольном сечении торового бака, находящегося под равномерным внутрен­

где Аб — допускаемое отклонение по толщине стенки.

113

Поверхность кольцевого элемента бака равна

Полная поверхность торового бака, равная сумме поверхно­ стей отдельных элементов, выразится следующим образом:

т

п б= 2 п ,= 4 л ѵ я , ;=і

где т — количество выделенных элементов бака.

Рис. 75. Схемы сечений торовых баков:

Рис. 76. Схема для определе­ ния поверхности и толщины произвольного элемента торового бака

R

Полный вес бака, равный сумме весов элементов, определится следующим образом:

і=і

где величина G { определяется по формуле (4.47).

Параметр AG^ учитывает вес оборудования, арматуры бака, и т. д. Для больших баков обычно AG6«50 -M 50 кгс.

114

Статистический коэффициент /гбт формулы (4.48) учитывает увеличение веса за счет сварки, местных утолщений под уста­ новку арматуры и оборудования и т. д. Его величина может быть принята равной &б.т=1,1 —1,3.

Для веса торового бака, имеющего одинаковую толщину обо­ лочки, используем простую зависимость

Очевидно, что из возможных схем (см. рис. 75), торовые баки с постоянной толщиной оболочки являются наиболее тя­ желыми.

Вес торового бака может быть определен также по фор­ муле

При этом толщина оболочки будет равна

Формула (4.50) получена с учетом наиболее встречающихся соотношений большого и малого диаметров при постоянной толщине оболочки.

4.12. ЭЛЕМЕНТЫ РАКЕТНО-АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИИ

Летательные аппараты типа «ракетоплан» состоят из эле­ ментов конструкции, характерных как для самолетов (крыло, фюзеляж и т. д.), так и для ракет (ракетный двигатель, топ­ ливный отсек и т. д .).

Отличительной особенностью в работе ракетно-авиационных конструкций по сравнению с чисто ракетными конструкциями является действие на них больших изгибающих моментов, ха­ рактерных для авиационных конструкций.

Приводимые ниже формулы составляют в целом метод весо­ вого расчета, разработанный И. С. Голубевым применительно к ракетно-авиационным конструкциям [3].

Цилиндрический корпус-монокок из однородного материала.

Такая схема предусматривает наличие двух элементов: обшив­ ки и крайних шпангоутов. Все основные нагрузки (изгибающие

115

моменты, перерезывающие силы и крутящие моменты) воспри­ нимает обшивка. Шпангоуты выполняют роль соединительных звеньев между отсеками. Вес единицы длины такой конструкции определяется по формуле

Выражение для б в формуле (4.51) справедливо при D /2ö^ 2&70. При меньших значениях этого отношения толщину оболоч­ ки следует подсчитывать по формуле

где ат — предел текучести материала корпуса.

Монококовые конструкции из однородного материала, вес ко­

цилиндрическую конструкцию, у которой между внешней и внут­ ренней оболочками находится заполнитель. Вес единицы длины трехслойного монокока определяется по формуле

ренняя обшивка не воспринимают сжимающих усилий. При этом

Формула получена при допущении, что минимальная толщи­ на обшивки составляет 6 = 0 ,8 мм, а допускаемое напряжение

[а] = 26 кгс/мм2.

116