LR_3


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
ЛР №
3

5.
СИЛОВЫЕ КОЛЬЦА


В сильно нагруженных равномерной или несимметричной нагрузкой ко
-
ротких переходных отсеках их роль выполняют силовые кольца,
необходимость применения которых вызывается или механическими
ограничениями, или требованиями более благо
приятного распределения
усилии по корпусу ракеты. В многодвигательной ДУ кольца являются
силовой рамой для крепления двигателя. В гипотетической ракете
применение сило
вого кольца
на
стыке с топливным баком позволяет
значительно умень
шить площадь поперечн
ого сечения стыковочного
шпангоута бака и передавать нагрузку на бак более равномерно.
Конструкция силового кольца (рис.5.13) включает шпангоуты верхнего и
нижнего силового наборов, связанные с помощью обшивок, имеющих
продольный набор в виде стрингеров. В
нутри кольца (по местам приложения
сосредоточенных усилий) установлены диафрагмы, которые соединены с
обшивками контура кольца и обеспечиваю
т сохранение формы его сечения.

Пример применения силового кольца в качестве силовой рамы для
крепления двигателя пр
едставлен на рис. 5.1
7
.



Рис. 5.13. Конструкция силового кольца: 1


шпангоут; 2


диафрагма;

3


продольные силовые элементы; 4


обшивка



Рис. 5.17. Принципиальная схема корпуса хвостового отсека

первой ступени ракеты с восемью двигателями:

а


кол
ьцевое расположение двигателей; б


крестообразное;

р


плоскость опорных пят



6. ОСОБЕННОСТИ ФЕРМЕННЫХ И РАМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ОТСЕКОВ

6.1. Классификация и назначение ферменных конструкций

Ферменные конструкции используются в качестве

(рис. 6.1)
:




переходн
ых отсеков, соединяющих различные ступени, особенно при
горячем разделении;



основы теплонагруженного агрегата (например, посадочного блока или
двигательной установки);



несущей основы для различных прибо
ров, узлов и конструкций
;




каркасов антенн и панеле
й солнечных батарей.



Рис.
6
.1.

Отсеки ферменной конструкции:
а



для установки полезного груза;

б



для соединения ракетных блоков (переходный отсек);

в



для соединения топливных баков (межбаковый отсек)



Ферменные конструкции в последние годы нашл
и широкое примене
ние в
компоновочных схемах современных РН и автоматических космических
аппаратов, так как они
:



относительно легки,



достаточно пр
осты в изготовлении,



удобны в эксплуатации,



отличаются

*
высокой жесткостью,



*
способность
ю воспринимать ударные нагрузки,



*
достаточной надежностью.


Фермы представляют собой пространственные конструкции, состоящие
из
(рис. 6.2)
:


-

базовых элементов (кронште
йны, фитинги, опоры, косынки),

-

стержнев
ых элементов, выполненных из различных стандартных профилей
(трубы, швеллеры, уголки) и работающих в конструкции на растяжение или
сжатие.




Рис. 6.2. Конструктивные схемы переходных ферм:

а


коническая ферма
: 1


стержень; 2


фитинг;

3


стыкуемый

отсек; 4


косынка;

б


цилиндрическая ферма
: 1


стержень; 2


промежуточный шпангоут;

3


фитинг; 4, 5


крепежные элементы;

в


цилиндрическая ферма, выполненная из профилей
: 1


стержень;

2


промежуточный шпангоут; 3

крепежные элементы



6.4. Рамы
в конструкциях
P
ЛА


Рамные конструкции применяются в ЛА для крепления грузов в
герметичных контейнерах, приборов и

аппаратуры, а также для установки
двига
телей в отсеках
с
больши
ми габаритными размерами
.

Конструктивные схемы рам определяются требуемой же
сткостью
конструкции. Применение для крепления двигателей рамных конструкций
оправдано
тогда, когда

мала высота зоны его креплен
и
я или сильно
отличаются габаритные размеры двигателей от размеров поперечного
сечения ракетного блока.

На рис. 6.8 представлен
а конструктивная схема рамы крепления
четырех двигателей. Она состоит из балок 1, пересекающи
х
ся под прямыми
углами. Балки имеют верхний 4 и нижний 3 пояса, которые воспринимаю
изгибающие моменты
. Стенка балки 5 воспринимает
поперечную силу
. С
помощью сило
вых кронштейнов 2 балки крепятся к корпусу ракетного блока
.
Наиболее распространенный вид конструкций балок тавровый (рис. 6.9). Для
повышения устойчивости стенки балки подкрепляют стойками

(рис.6.10
а
)

или выпол
няют выштамповки (рис.6.10
б
).



Рис.
6.8
.

Схема рамной конструкции:
1



балка;
2



силовой кронштейн;


3



нижний и
4



верхний силовые пояса;
5



стенка



Рис.
6.9
.
Варианты конструктивных исполнений тавровых сечений балок



а


б

Рис.
6.10
.

Варианты конструктивного исполнения балки с подкрепле
нием
стенки:
а



уголками и накладкой;
б

-

выштамповкой


4. КОНСТРУКЦИИ ТОПЛИВНЫХ ОТСЕКОВ

РЛА

С ЖРД


Топливные отсеки представляют собой большие емкости,
предназначенные для размещения компонентов топлива.
О
сновными
конструктивными элементами
топливны
х

отс
ек
ов являются

топливные
баки
различных конструкций, о
снащенные большим числом внутри
баковых
устройств, обеспечивающих нормальное функционирование
ДУ
.

О конструктивных особенностях летательных аппаратов можно судить
по схемам топливных отсеков (рис. 4.1).



Рис.
4
.1.

Классификация топливных отсеков

по конструктивно
-
компоновочным признакам


4.1. Требования к конструкции топливного отсека


Так как основными конструктивными элементами топливного отсека
ЛА с ЖРД являются баки, предназначенные для размещения к
омпонентов
жидкого топлива (окислителя и горючего), то и технические требования
обусловлены конструкцией баков.

Топливные баки должны удовлетворять следующим основным
требованиям
:

1)

иметь достаточную прочность и жесткость при малой массе
конструкции
;

2)

облада
ть устойчивостью против коррозии при работе ЖРД на
агрессивных

(вызывающих коррозию)

компонентах и при длител
ьном
хранении компонентов баков;

3)

простота конструкции, технологичность при изготовлен
ии и удобство
при эксплуатации;

4)

конструкция заборных устройств

баков должна обеспечивать
минимальное количество остатков компонентов топлива в баках
;


5)

не
дефицитность материалов
,

применяемых при изготовлении баков.


По
конструктивно
-
силовой схеме

различают три основных типа
топливных отсеков:

*
с ненесущими (подвесны
ми) баками (рис. 4.2а),

* смешанной конструкции (рис. 4.
2
б
)
,

*

с несущими баками (рис. 4.2в).



Рис.
4
.2.

Конструктивно
-
силовые схемы топливных отсеков с подвесными

баками (
а
), смешанной конструкции (
б
) и с несущими баками (
в
):

1



опорный узел;
2



фи
ксатор;
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

Несущими баки называют потому, что они, бу
дучи 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 с
конструированы таким образом, что только часть
их конструкции включена в силовую схему корпуса ЛА.

В зависимости от
компоновочной схемы ЛА

принято различать
моноблочные

(рис. 4.
2
б, 4.2в
)
и
полиблочные
(
рис. 4.2 а
) топливные о
тсеки.
Моноблочные отсеки

могут

иметь как раздельные баки окислителя и
горючего, соединенные проставкой (промежуточным отсеком), так и баки,
имеющие общее (промежуточное) днище (рис. 4.3). Но в обоих случаях они
существуют на всех этапах жиз
ненного цикла ЛА (
от сборки на заводе до
заве
ршения функционирования
)

как один конструктивный элемент. По такой
схеме выполнены в основном все топливные отсеки БР и ракет
-
носителей
небольшой грузоподъемности, а также топливные отсеки высших ступеней
многоступенчатых
РЛА
.


Поли
блочные топливные отсек
и

встречаются в основном в ракетах
-
носителях большой грузоподъемности.

В зависимости от назначения и требований компоновки топливных
отсеков в составе
РЛА

формы и конструкции топливных баков весьма
разнообразны.


По форме внешних обводов

баки бывают
:

*

цил
индрическими (реже коническими) с эллиптическими (рис. 4.4)
ил
и

сферическими (рис. 4
.3
) днищами;

*

сферическими, сваренными из двух полусфер (рис. 4.6);

*

торовыми (рис. 4. 7 и 4.8), которые иногда компонуются в пакеты (рис.
4.9) и блоки (рис. 4.11)
;

*

э
ллиптические (чечевицеобразными), собранными
из

двух

эллиптических днищ (рис. 4.10).


Различают также топливные отсеки с телескопическим расположением
топливных баков (бак в баке).

Для

нижних ступеней многоступенчатой ракеты с большим запасом
топлива обычн
о удлинение разгонных б
ло
ков больше, чем для верхних, что
предопределяет применение цилиндрических баков (реже конических и даже
сферических). Для верхних ступеней характерно небольшое удлинение и
поэтому в компоновке используются такие формы, как тор, сфе
ра, "чечевица"
и т. д.


В зависимости от конструктивного исполнения стенок баки могут
быть
:

-

с гладкими листовыми стенками без силового набора
;


-

с силовым набором
(т.е.
сборной конструкции
)
;

-

со стенками из монолитных панелей (например, вафельных



рис. 4.12
);

-

из различного типа
многослойных

панелей (рис. 4
.
13), которые также
выполняют теплоизоляционные функции.


Рис.
4
.3.

Схема блока цилиндрических баков с совмещенным днищем




Рис.
4
.
4
.

Схема цилиндрического бака



Рис.
4.6
.

Схема сферичес
кого бака с вытеснителем




Рис.
4.7
.

Торовый бак со ступенчатыми стенками:

1

и
2



перегородка демпфирующая вертикальная и горизонтальная;
3



коллектор расхода кольцевой;
4



фланец;
5



сектор со ступенчатым
химическим травлением;
6



шпангоут стыково
чный;
7



люк
-
лаз




Рис.
4.8
.

Конструктивная схема торового бака с цилиндрическими вставками




Рис.
4.9
.

Схема пакета торовых баков



Рис.
4.10
.

Схема чечевицеобразного бака с болтовым соединением днищ




Рис.
4.11
.

Конструктивная схема блока торовы
х баков







Рис.
4
.12.

Вафельные оболочки (
а
,
б
,
в
) и

типовая панель вафельной обечайки (
г
)



Рис.

4.13. Конструкция трехслойных оболочек с заполнением в виде

а


однослойного гофра; б


швеллера; в


сот:

1


внешняя, 3


внутренняя обшивки; 2


го
фр; 4


швеллер; 5


соты



4.3. Конструктивно
-
компоновочные схемы основных типов топливных баков


Конструктивно
-
силовую схему топливных баков составляют обечайка,
днище, шпангоуты и узл
ы

крепления.

В состав конструктив
н
о
-
компоновочной схемы топливного ба
ка входят
сам бак


оболочка и целый ряд люков, лючков, штуцеров и других
устройств, включая и внутреннюю компоновку бака (см. рис.
4.14
).



Рис.
4
.14.

Конструкция топливного бака маломаневренного летательного
аппарата:
1



переднее днище;
2



штуцер;
3

и

12



передний и задний
стыковочные шпанг
о
уты;
4



упорный кронштейн;
5



обечайка;
6



сильфонный компенсатор;
7



пр
о
межуточный шпангоут;
8



дренажная
труба;
9



тоннельная труба;
10



хомуты крепления;
11



заднее днище;
13



фланец сливного отверстия;

14



конус воронк
о
гасителя;
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 поршне
й, эластичных диафрагм, вытеснительных
мешков и т.п.

(см. рис. 4.18


4.19).

Э
то обеспечивает высокую надежность
подачи компонентов топлива
,

особенно при отрицательных перегрузках

[
т.к.
при этом нет вероятности смешивания компонента топлива с газом наддува
,
и из бака точно будет поступать только компонент топлива
]
.

Сферический бак с мягким

(эластичным)

вытеснителем (рис. 4.18)
состоит из двух полусфер

1 и 8
, в которые ввариваются горловины
(
фланцы

3
и 11)

и кронштейны

7
[
предназначенные для крепления бака
с

другими
элементами конструкции ракеты
]
.

Чтобы
вытеснительный мешок 9
не
скручивался, его закрепляют

и укладывают вокруг центральной
перфорированной

[
с отверстиями
]

трубы

12
, проходящей внутри бака.
Поступающий в бак газ наддува будет раздувать мешок, а
следовательно,
вытеснять компонент топлива из бака.



Рис.
4.18
.

Сферический бак с мягким вытеснителем:
1

и
8



полусферы;

2

и
6



желоба;
3

и
11



фланцы;
4

и
10



шайбы;
5



шпилька;
7



кронштейн;

9



вытеснительный пакет;
12



перфорированная трубк
а



Сферический бак с жесткой вытеснительной диафрагмой (рис. 4.19)
состоит из двух полусфер

5 и 8

и гибкой диафрагмы

2
, изготовленн
ой

из
листового материала штамповкой
и
вытяжкой. Гибкая диафрагма при подаче
давления наддува в вытеснительную полость бака

Б

постоянно
перемещается, занимая различные положения
II



V
,

и вытесняя, таким
образом
,

компонент

то
плива из бака. Направленное перемещение диафрагмы
обеспечивается тем, что она имеет переменную по сечению толщину. Это
достигается растяжкой диафрагмы пос
ле штамповки.



Рис.
4.19
.

Сферический бак с жесткой вытеснительной диафрагмой:

А

и
Б



полости бака;
II


V



положения диафрагмы;
1



штуцер;
2



диафрагма;
3



проставка;
4



кольцо опорное;
5

и
8



полусферы;
6

и
7

-

кронштейны



4.5. Основные элем
енты внутренней компоновки и арматуры топливных
отсеков


К основным элементам внутренней компоновки относятся

(рис.

4.14)
:

*
заборные устройства;

*
дренажные клапаны;

*
предохранительные устройства;

*
устройства ввода в бак газов наддува;

*
устройства

для контроля заполнения баков и уровня жидкости в полете;

*
люки для монтажа систем внутри баков;

*
тоннельные трубы для прохода трубопровода подача 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 конструктивн
ой

схем
е

(рис.

4.14) представлены
некоторые

из
перечисленных
элемент
ов

топливного бака
. Конструктивное исполнение
различных элементов опреде
ляется назначением и функциональными
особенностями систем, в состав которых входит тот или иной элемент.

Рассмотрим конструкцию
некоторых

элементов и узлов топливного
отсека и внутрибаковой компоновки.


4.5.2. Конструкции гибких трубопроводов (сильфоны)


О
ригинальную 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. 4.37
) предс
тавляют собой тонкостенные
цилиндрические или конические металлические оболочки с поперечными
волнообраз
ными складками на поверхности


гофрами, благодаря которым
они имеют возможность в определенных пределах изменять длину и
изгибаться. Они применяются д
ля
:

*

соединения ж
е
стких трубопроводов, имеющих осевые и уг
ловые
смещения;

*

температурной компенсации;

*

устранения монтажных напря
жений при сборке;

*
для гашения вибраций;


* в

качестве упругих элементов, реагирующих на изменение давления или
сил;

*
упругих разграничителей сред компонентов в сильфонных
вытеснительных системах топливных емкостей;

*

сосудов переменной
е
мкости;

*
для герметизации подвижных соединений и т.д.




Рис.
4.37. Схема сильфона


4.5.3. Конструкция тоннельной трубы


При прохожд
ени
и

трубопровода одного компонента топлива через бак
другого

компонента

трубопровод

помещается в тоннельную трубу (см. рис.
4.14). При большой длине такого трубопровода он фиксируется в тоннельной
трубе в несколь
ких местах. Кроме того, если температуры к
омпонентов
неодинаковы, между трубопроводом и тоннельной трубой укладывается
теплоизоляция.


4.
5
.4. Конструктивные исполнения люка
-
лаза


Для проведения сборочно
-
монтажных и профилактических работ
внутри бака в его оболочке выполняется специальные вырезы


люки
-
лазы.

Основным местом размещения люка
-
лаза является верхнее днище бака,
а для совмещенных топливных баков


нижнее днище. Возможен также
вариант расположения люка
-
лаза на боковых поверхностях баков.

К соединениям люка
-
лаза и крышек топливных баков
,
пр
едъявляются
повышенные требования по герметичности. Диаметр люка
-
лаза выбирается
из технологических требований (400
-
500 мм).



Контрольные вопросы


1.

Рассказать про силовые кольца, применяемые вместо переходных
отсеков и силовых рам крепления двигателя (испо
льзовать рис. 5.13, 5.17).

2.

В качестве чего применяются ферменные конструкции?

3.

Почему ферменные конструкции нашли широкое применение на РН?

4.

Из чего состоят фермы

(использовать рис. 6.2)
?

5.

Рассказать назначение рамных конструкций на РЛА.

В каких случаях
для
крепления ДУ применяют рамы?

6.

Рассказать про конструкцию рам по рис. 6.8.

7.

Рассказать про вар
и
анты конструктивного исполнени
я балок рам,
используя рис. 6.9 и

рис. 6.10.

8.

Назвать т
ребования к конструкции топливного отсека
.

9.

Какие бывают топливные отсеки по
конс
труктивно
-
силовой схеме

(рис. 4.2)? Какие нагрузки что воспринимает в каждом из видов?

10.

Какие бывают топливные отсеки в

зависимости о
т компоновочной
схемы ЛА (
рис. 4.2)? (что представляют собой, где используются)

11.

Какими могут быть баки по форме внешних обво
дов (рис. 4.3


4.11)?
Где какая форма применяется?

12.

Какие могут быть топливны
е баки

в

зависимости от конструктивного
исполнения стенок
?

(можно использовать рис. 4.12 и 4.13)

13.

Что относится к основным элементам внутренней компоновки баков?

(используя

рис. 4.
14
)
.

14.

Рассказать конструкцию и принцип действия бака с мягким
вытеснителем (по рис. 4.18).

15.

Рассказать конструкцию и принцип действия бака с жесткой
вытеснительной

диафрагмой (по рис. 4.19).

16.

Рассказать про сильфоны (что представляют собой, для чего
предназна
чены).

Рассказать подробно,
где

применяются сильфоны?

17.

Рассказать про

тоннельную трубу (назначение, к
онструкция


по рис.
4.14
).

18.

Рассказать про

люк
-
лаз (назначение,
расположение, требования к
нему, размеры
)
.


Приложенные файлы

  • pdf 9623148
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий