Реализация симплексного метода в MS Excel

6. ОСОБЕННОСТИ ФЕРМЕННЫХ И РАМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТСЕКОВ

6.1. Классификация и назначение ферменных конструкций

Ферменные конструкции используются в качестве (рис. 6.1):

- 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 РН и автоматических космических аппаратов, так как они:

· относительно легки,

· достаточно просты в изготовлении,

· удобны в эксплуатации,

· отличаются * высокой жесткостью,

* способностью воспринимать ударные нагрузки,

* достаточной надежностью.

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

- базовых элементов (кронштейны, фитинги, опоры, косынки),

- стержневых 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 PЛА

Рамные конструкции применяются в ЛА для крепления грузов в герметичных контейнерах, приборов и аппаратуры, а также для установки двига­телей в отсеках с большими габаритными размерами.

Конструктивные схемы рам определяются требуемой жесткостью конструкции. Применение для крепления двигателей рамных конструкций оправдано тогда, когда мала высота зоны его крепления или сильно отличаются габаритные размеры двигателей от размеров поперечного сечения ракетного блока.

На рис. 6.8 представлена конструктивная схема рамы крепления четырех двигателей. Она состоит из балок 1, пересекающихся под прямыми углами. Балки имеют верхний 4 и нижний 3 пояса, которые воспринимаю изгибающие моменты. Стенка балки 5 воспринимает поперечную силу. С помощью силовых 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.6.10а) или выпол­няют выштамповки (рис.6.10б).

Рис. 6.8. Схема рамной конструкции: 1 – балка; 2 – силовой кронштейн;

3 – нижний и 4 – верхний силовые пояса; 5 – стенка

4. КОНСТРУКЦИИ ТОПЛИВНЫХ ОТСЕКОВ РЛА С ЖРД

Топливные отсеки представляют собой большие емкости, предназначенные для размещения компонентов топлива. Основными конструктивными элементами топливных отсеков являются топливные баки различных конструкций, оснащенные большим числом внутрибаковых устройств, обеспечивающих нормальное функционирование ДУ.

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

4.1. Требования к конструкции топливного отсека

Так как основными конструктивными элементами топливного отсека ЛА с ЖРД являются баки, предназначенные для размещения компонентов 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) обладать устойчивостью против коррозии при работе ЖРД на агрессивных (вызывающих коррозию) компонентах и при длительном хранении компонентов баков;

3) простота конструкции, технологичность при изготовлении и удобство при эксплуатации;

4) конструкция заборных устройств баков должна обеспечивать минимальное количество остатков компонентов топлива в баках;

5) недефицитность материалов, применяемых при изготовлении баков.

По конструктивно-силовой схеме различают три основных типа топливных отсеков:

* с ненесущими (подвесными) баками (рис. 4.2а),

* смешанной конструкции (рис. 4.2б),

* 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 – 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

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 ЛА.

В зависимости от компоновочной схемы ЛА принято различать моноблочные (рис. 4.2б, 4.2в) и полиблочные (рис. 4.2 а) топливные отсеки. 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 жизненного цикла ЛА (от сборки на заводе до завершения 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.

Полиблочные топливные отсеки 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:

* цилиндрическими (реже коническими) с эллиптическими (рис. 4.4) или 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);

* эллиптические (чечевицеобразными), собранными у 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 обычно удлинение разгонных блоков 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, сфера, "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. 4.12. 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 – гофр; 4 – швеллер; 5 – соты

4.3. Конструктивно-компоновочные схемы основных типов топливных баков

Конструктивно-силовую схему топливных баков составляют обечайка, днище, 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. 4.14).

4.5. Основные элементы 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 конструктивной схеме (рис. 4.14) 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.

4.5.2. 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. 4.37) 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;

*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 емкости;

* для герметизации подвижных соединений и т.д.

Рис. 4.37. Схема сильфона

4.5.3. Конструкция тоннельной трубы

При прохождении 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 несколь­ких местах. Кроме того, если температуры компонентов 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, предъявляются повышенные требования по герметичности. Диаметр люка-лаза выбирается из технологических требований (400-500 мм).

Контрольные вопросы

1. В качестве чего применяются ферменные конструкции?

2. Почему ферменные конструкции нашли широкое применение на РН?

3. Из чего состоят фермы (использовать рис. 6.2)?

4. Рассказать назначение рамных конструкций на РЛА. В каких случаях для крепления ДУ применяют рамы?

5. Рассказать про конструкцию рам по рис. 6.8.

6. Рассказать про варианты конструктивного исполнения балок рам, используя рис. 6.9 и рис. 6.10.

7. Назвать требования к конструкции топливного отсека.

8. Какие бывают топливные отсеки по конструктивно-силовой схеме (рис. 4.2)? Какие нагрузки что воспринимает в каждом из видов?

9. Какие бывают топливные отсеки в зависимости от компоновочной схемы ЛА (рис. 4.2)? (что представляют собой, где используются)

10. Какими могут быть баки по форме внешних обводов (рис. 4.3 – 4.11)? Где какая форма применяется?

11. Какие могут быть топливные баки в зависимости от конструктивного исполнения стенок? (можно использовать рис. 4.12 и 4.13)

12. Что относится к основным элементам внутренней компоновки баков? (используя рис. 4.14).

13. Рассказать про сильфоны (что представляют собой, для чего предназначены). Рассказать подробно, где применяются сильфоны?

14. Рассказать про тоннельную трубу (назначение, конструкция – по рис. 4.14).

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

Реализация симплексного метода в MS Excel