Реферат. И. А. Кузьменко, О. Л. Прусова Введение в ракетнокосмическую технику метод указания Минобр науки России, Омгту сост ас. Клинышков, А. Л. Ахтулов, И. А. Кузьмен ко, О. Л. Прусова. Омск Издво Омгту, 20
 Скачать 3.28 Mb.
|
17. Что представляет собой корпус межбакового отсека (рис. 3.15)? 1) применение ферменных конструкций на ракетных летательных аппаратах 2) конструкцию ферменных отсеков 3) конструкцию и применение рам на ракетных летательных аппаратах. КЛАССИФИКАЦИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ ФЕРМЕ НН Ы Х КОНСТРУКЦИЙ Ферменные конструкции используются в качестве (рис. 4.1): − переходных отсеков, соединяющих различные ступени, особенно при горячем разделении − основы теплонагруженного агрегата (например, посадочного блока или двигательной установки − несущей основы для различных приборов, узлов и конструкций − каркасов антенн и панелей солнечных батарей. Ферменные конструкции в последние годы нашли широкое применение в компоновочных схемах современных ракет-носителей и автоматических космических аппаратов, так как они • относительно легки, • достаточно простыв изготовлении, • удобны в эксплуатации, • отличаются * высокой жесткостью, * способностью воспринимать ударные нагрузки, * достаточной надежностью. Фермы представляют собой пространственные конструкции (рис. 4.2), состоящие из базовых элементов (кронштейны, фитинги, опоры, косынки – стержневых элементов, выполненных из различных стандартных профилей (трубы, швеллеры, уголки) и работающих в конструкции на растяжение или сжатие. Стержневые элементы соединяются между собой, как правило, аргоно- дуговой сваркой, реже клепкой и с помощью резьбовых соединений (болтов, винтов и т. п. В узлах фермы предусматриваются крепежные элементы, обеспечивающие неразъемные или разъемные (пирозамки, пироболты и т. п) соединения между отсеками в полете и передачу нагрузок. 56 – конструктивно-силовой схемы, – материалов, – геометрических размеров элементов конструкции. При этом исходными данными являются – геометрические размеры сопрягаемых отсеков – параметры теплового и силового нагружения при наземной эксплуатации ив полете. 57 3 – фитинг 4 и 5 – крепежные элементы в – цилиндрическая ферма, выполненная из профилей 1 – стержень 2 – промежуточный шпангоут 3 – крепежные элементы Традиционными материалами ферменных конструкций являются алюминиевые и магниевые сплавы, а также титановые сплавы (для конструкций, работающих при высоких температурах. Для стержней, работающих на сжатие, особенно при высоких температурах, – сплавы бериллия. Стержни ферм, подсоединяемые к бакам с криогенными компонентами, изготавливаются из композиционных материалов с металлическими законцовками. Это позволяет создать тепловые мосты (исключают передачу тепла) между баками и остальной конструкцией. Основной недостаток ферменных конструкций – это значительные деформации и коробления, возникающие при сварке. 58 Фитинги ферменной конструкции обеспечивают не только жесткую механическую связь, но также более равномерное распределение и передачу нагрузок от одного отсека к другому. Конструктивные исполнения фитингов отличаются большим разнообразием и зависят – от вида и величин действующих нагрузок – числа стержней, сходящихся водном узле – принципиальной схемы передачи нагрузок в узле – особенностей и назначения узла (разъемное или неразъемное. Конструкция фитингов (рис. 4.3) может быть литой, штампованной и сварной. Конструкция фитинга на риса характеризуется тем, что стержни 1 стыкуются с переходником-втулкой 2, а к узлам крепления 4 стыкуемого отсека ферма крепится по фланцам 3. Промежуточный элемент (втулка) используется для установки средств крепления и (или) разделения шариковых замков- толкателей (рис. 4.3, в. Поскольку сварной шов 5 (риса) характеризуется более низкими прочностными свойствами, чем основной материал соединяемых элементов, то 59 5 – сварной шов 6 – подкладное кольцо 7 – законцовка 60 6 – регулировочный винт 7 – контровочная шайба РАМЫ В КОНСТРУКЦИЯХ РАКЕТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Рамные конструкции применяются в летательных аппаратах для крепления грузов в герметичных контейнерах, приборов и аппаратуры, а также для установки в хвостовых отсеках двигателей с большими габаритными размерами. Конструктивные схемы рам определяются требуемой жесткостью конструкции. Применение для крепления двигателей рамных конструкций оправдано тогда, когда мала высота зоны крепления или сильно отличаются габаритные размеры двигателей от размеров поперечного сечения ракетного блока. На рис. 4.5 представлена конструктивная схема рамы, предназначенной для крепления четырех двигателей. Она состоит из балок 1, пересекающихся под прямыми углами. 61 3 – нижний и 4 – верхний силовые пояса 5 – стенка Рис. 4.6. Варианты конструктивных исполнений тавровых сечений балок 62 63 1. В качестве чего применяются ферменные конструкции (рис. 4.1)? 2. Почему ферменные конструкции нашли широкое применение на раке- тах-носителях и автоматических космических аппаратах 3. Из чего состоят фермы Как соединяются между собой стержни ферм рис. 4.2)? 4. В чем заключается проектирование ферменных конструкций Что является при этом исходными данными 5. Какие материалы используются в ферменных конструкциях Какой основной недостаток ферм 6. Что необходимо определить и обеспечить при выборе конструктивно- силовой схемы фермы 7. Какую форму может иметь поперечное сечение стержней фермы Чем определяется количество стержней фермы 8. Назвать назначение фитингов. Отчего зависит конструктивное исполнение фитингов? 9. Рассказать про конструкции фитингов на рис. 4.3. 10. Рассказать про конструкцию регулируемого узла фермы крепления двигательной установки по рис. 4.4. 11. Рассказать, для чего применяются рамные конструкции на ракетных летательных аппаратах. 12. В каких случаях для крепления двигателей применяют рамные конструкции. Рассказать про конструкцию рам по рис. 4.5. 14. Рассказать про варианты конструктивного исполнения балок рам, используя рис. 4.6. 15. Рассказать про варианты конструктивного исполнения балок рам, используя рис. 4.7. Лабораторная работа № 5 КОНСТРУКЦИЯ ТОПЛИВНЫХ ОТСЕКОВ РАКЕТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ С ЖРД Цель работы Изучить 1) виды топливных баков и отсеков 2) требования к конструкции топливных баков 3) основные элементы топливных баков 64 66 − с ненесущими (подвесными) баками риса смешанной конструкции (рис. 5.2, б, − с несущими баками (рис. 5.2, в. Несущими баки называют потому, что они, будучи одновременно корпусом ракеты, воспринимают общий комплекс нагрузок, действующий на ракету. У ракет с подвесными баками эти нагрузки воспринимаются несущим корпусом ракеты, за исключением нагрузок от давления в баках. Топливные отсеки смешанной схемы сконструированы таким образом, что только часть их конструкции включена в силовую схему корпуса летательного аппарата. В зависимости от компоновочной схемы летательного аппарата принято различать моноблочные (рис. 5.2, б ив) и полиблочные (риса) топливные отсеки. Моноблочные отсеки могут иметь как раздельные баки окислителя иго- рючего, соединенные проставкой (промежуточным отсеком, таки баки, имеющие общее (промежуточное) днище (рис. 5.3). Нов обоих случаях они существуют на всех этапах жизненного цикла летательного аппарата (от сборки на заводе до завершения функционирования) как один конструктивный элемент. По такой схеме выполнены в основном все топливные отсеки баллистических ракет и ракет-носителей небольшой грузоподъемности, а также топливные отсеки высших ступеней многоступенчатых ракетных летательных аппаратов. Полиблочные топливные отсеки встречаются в основном в ракетах- носителях большой грузоподъемности. В зависимости от назначения и требований компоновки топливных отсеков в составе ракетного летательного аппарата формы и конструкции топливных баков весьма разнообразны. По форме внешних обводов баки бывают – цилиндрическими (реже коническими) с эллиптическими (рис. 5.4) или сферическими (рис. 5.3) днищами – сферическими, сваренными из двух полусфер (рис. 5.5); – торовыми (рис. 5.6 и 5.7), которые иногда компонуются в пакеты рис. 5.8) и блоки (рис. 5.8 и 5.10); – чечевицеобразными (эллиптическими, собранными у двух эллиптических днищ (рис. 5.11). 67 1 – опорный узел 2 – фиксатор 3 – подвеска 4 – подвесной бак горючего 5 – корпус топливного отсека 6 – подвесной бак окислителя 7 – изоляция 8 – несущий бак горючего 9 – изоляция 10 – несущий корпус 11 – несущий бак окислителя 68 − с гладкими листовыми стенками без силового набора − силовым набором (те. сборной конструкции − стенками из монолитных панелей (например, вафельных – рис. 5.12); − из различного типа многослойных панелей (рис. 5.13), которые также выполняют теплоизоляционные функции. Основным силовым элементом бака с гладкими стенками является оболочка, воспринимающая все внешние усилия, а также давление наддува (от газов, находящихся над столбом жидкости) и гидростатическое давление (от столба жидкости. Такое исполнение характерно для баков верхних ступеней, подвесных баков, баков для двигательной установки с вытеснительной системой подачи топлива, те. для баков, в которых преобладают растягивающие нагрузки. В баках с подкрепленными оболочками для увеличения сопротивляемости сжимающим нагрузкам предусматривается дополнительный силовой набор в виде стрингеров, промежуточных шпангоутов и т. д. Целесообразность использования подкрепления, в частности стенок несущих конструкций баков, тем больше, чем больше погонные сжимающие усилия, которые, как правило, увеличиваются в многоступенчатых ракетах от верхних ступеней к нижней. Рис. 5.3. Схема блока цилиндрических баков с совмещенным днищем 69 70 1 и 2 – перегородка демпфирующая вертикальная и горизонтальная 3 – коллектор расхода кольцевой 4 – фланец 5 – сектор со ступенчатым химическим травлением 6 – шпангоут стыковочный 7 – люк-лаз 71 72 73 (II ступень ракеты «Боинг», США 1 – корпус 2 – бак жидкого кислорода 3 – бак жидкого водорода 4 – ЖРД; 5 – тепловой экран Рис. 5.11. Схема чечевицеобразного бака с болтовым соединением днищ 74 75 1 – внешняя обшивка 2 – гофр 3 – внутренняя обшивка 4 – швеллер 5 – соты КОНСТРУКТИВНО КОМПОНОВОЧНЫЕ СХЕМЫ ОСНОВНЫХ ТИПОВ ТОПЛИВНЫХ БАКОВ схему топливных баков составляют обечайка, днища, шпангоуты и узлы крепления. В состав конструктивно-компоновочной схемы топливного бака входят сам бак (оболочка) и целый ряд люков, лючков, штуцеров и других устройств, включая и внутреннюю компоновку бака (см. рис. 5.14). Как уже отмечалось, размеры, форма и конструкция топливных баков определяются прежде всего компоновкой самого летательного аппарата, а также условиями полета и топливоподающей системой двигательной установки. 76 1 – переднее днище 2 – штуцер 3 и 12 – передний и задний стыковочные шпангоуты 4 – упорный кронштейн 5 – обечайка 6 – сильфонный компенсатор 7 – промежуточный шпангоут 8 – дренажная труба 9 – тоннельная труба 10 – хомуты крепления 11 – заднее днище 13 – фланец сливного отверстия 14 – конус воронкогасителя; 15 – указатель наполнения (уровнемер); 16 – фланец люка-лаза В последние годы получили широкое распространение конструкции топливных баков с разделением компонента топлива и вытесняющего газа с помощью различного рода поршней, эластичных диафрагм, вытеснительных мешков и т. п. (см. рис. 5.15–5.17). Это обеспечивает высокую надежность подачи компонентов топлива, особенно при отрицательных перегрузках (так как при этом нет вероятности смешивания компонента топлива с газом наддува, и из бака точно будет поступать только компонент топлива. Конструкция бака с сильфонным (сильфон гармошка) вытеснителем рис. 5.15) представляет собой цилиндрическую емкость из гладкой листовой обечайки 7 и 9, сваренной по поперечному стыку с двумя эллиптическими днищами 2. Днища с обечайкой бака соединены сваркой через шпангоуты 3 и 11. В качестве вытеснителя в цилиндрических баках часто применяются сильфоны, которые нижней стороной привариваются к нижнему шпангоуту бака. С другой стороны сильфона вваривается днище 6. При подаче газа вверх- нюю полость Абака сильфон сжимается и вытесняет топливо. Такая конструкция сложна в изготовлении из-за трудности изготовления и установки силь- фонного вытеснителя. 77 1 – штуцер 2 – днище 3 и 11 – шпангоуты стыковочные 4 – направляющая 5 – корпус вытеснителя 6 – днище вытеснителя 7 и 9 – обечайки 8 – подставка 10 – сильфон Сферический бакс мягким (эластичным) вытеснителем (рис. 5.16) состоит из двух полусфер 1 ив которые ввариваются горловины (фланцы 3 и 11) и кронштейны 7 (предназначенные для крепления бака с другими отсеками конструкции ракеты. Полусферы соединяются между собой сваркой. Внутри бака привариваются желоба, которые обеспечивают направленное равномерное вытеснение топлива из бака. Чтобы вытеснительный мешок 9 не скручивался, его закрепляют и укладывают вокруг центральной перфорированной (с отверстиями) трубы, проходящей внутри бака. Поступающий в бак вытеснительный газ будет раздувать мешок, а следовательно, вытеснять компонент топлива из бака. 78 2 и 6 – желоба 3 и 11 – фланцы 4 и 10 – шайбы 5 – шпилька 7 – кронштейн 9 – вытеснительный пакет 12 – перфорированная трубка 79 3 – проставка; 4 – кольцо опорное 5 и 8 – полусферы 6 и 7 – кронштейны 80 3 – шпангоут 5 – опора 6 – трубопровод 8 – разделительное днище Особенности компоновки летательного аппарата часто требуют применения топливных баков в виде тора (рис. 5.6). Такой бак состоит обычно из двух полушарий, которые соединяются между собой сваркой, внутри полушарий по периметру могут быть установлены демпфирующие перегородки (1 и 2 на рис. 5.6), предназначенные для гашения колебаний компонентов топлива вовремя полета. К нижнему днищу бака привариваются кронштейны для крепления его к другим агрегатам летательного аппарата. 81 – дренажные клапаны – предохранительные устройства – устройства ввода в бак газов наддува – устройства для контроля заполнения баков на старте и уровня жидкости в полете – люки для монтажа систем внутри баков – тоннельные трубы для прохода трубопровода подачи одного из компонентов топлива через бак другого компонента, если бак находится между двигателем и баком первого компонента топлива – демпфирующие перегородки для ограничения подвижности топлива в баках. На конструктивной схеме (рис. 5.14) представлены некоторые из перечисленных элементов топливного бака. Конструктивное исполнение различных элементов определяется назначением и функциональными особенностями систем, в состав которых входит тот или иной элемент. Рассмотрим конструкцию некоторых элементов и узлов топливного отсека и внутрибаковой компоновки. КОНСТРУКЦИИ ГИБКИХ ТРУБОПРОВОДОВ СИЛЬФОНЫ) Оригинальную и особую группу среди трубопроводов составляют гибкие трубопроводы, или сильфоны, предназначенные для компенсации осевых и угловых перемещений трубопровода при взаимных перемещениях соединяемых точек бака и двигателя. Сильфоны (рис. 5.19) представляют собой тонкостенные цилиндрические или конические металлические оболочки с поперечными волнообразными складками на поверхности – гофрами, благодаря которым они имеют возможность в определенных пределах изменять длину и изгибаться. Они применяются – для соединения жестких трубопроводов, имеющих осевые и угловые смещения температурной компенсации – устранения монтажных напряжений при сборке – гашения вибраций герметизации подвижных соединений – в качестве упругих элементов, реагирующих на изменение давления или сил – упругих разграничителей сред компонентов в сильфонных вытеснитель- ных системах топливных емкостей – сосудов переменной емкости и т. д. Рис. 5.19. Схема сильфона 83 |