Конструктивно-силовые схемы отсеков корпуса РН

 

Все небаковые отсеки ракеты называются сухими. К ним отно­сятся двигательные отсеки ракет с ЖРД, межбаковые отсеки, обте­катели, переходники, корпус ракеты с подвесными баками и т.д.

Конструкция и форма сухих отсеков зависит от назначения и общей компоновки ракеты. Наибольшее распространение имеют цилиндрические и конические отсеки, выполненные в виде оболо­чек, подкрепленных силовым набором.

Главным фактором, определяющим конструктивно-силовую схе­му корпуса отсека, является величина и характер действующей на­грузки (растяжение, сжатие, внешнее давление и т.д.), а также его специальные свойства (сбрасываемость отсека и др.).

По кон­структивному признаку отсеки РБл подразделяют:

– БЕССТРИНГЕРНЫЕ (ГЛАДКИЕ) – выполняются в виде неподкрепленной оболочки, усиленной только по местам стыковки со смежными конструкциями;

– КАРКАСНЫЕ – выполняются в виде оболочки подкрепленной силовым набором (каркасом);

– ОТСЕКИ ВАФЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ – выполняются в виде оболоч­ки с часторасположенными подкрепляющими ребрами, выполненными заодно со стенкой;

– ОТСЕКИ ГОФРИРОВАННОЙ И СОТОВОЙ КОНСТРУКЦИИ – выполняются из многослойных оболочек с заполнителем;

– ФЕРМЕННЫЕ – выполняются в виде фермы, т.е. каркаса, ли­шенного оболочки.

Тот или иной тип корпусной конструкции выбирается из соображений минимума ее массы при удовлетворении известных эксплуатационных требований.

 

Бесстрингерные (гладкие) отсеки

Выполняются в виде неподкрепленной гладкой оболочки 2, имеющей по торцам стыковочные шпангоуты 1 и 3, предназначенные для соединения с соседними отсеками (рис. 6.1, а). В общем случае нагружения в сечениях отсеков корпуса действуют продольные (нормальных) силы N, изгибающие моменты М _изг, поперечные силы Q, крутящий момент М _кр. Герметичные отсеки нагружены еще и внутренним давлением.

Оболочка в гладком отсеке воспринимает все нагрузки: N, Q, M _изг, М _кр. При осевом сжатии критические на­пряжения гладкой оболочки очень малы: s _кр» (0,1...0,2) s _т. На рис. 6.2 показана бескаркасная конструкция, состоящая из обшивки и двух стыковочных шпангоутов.

 

Рис. 6.1. Конструктивно-силовая схема гладкого (а) и каркасного (б) отсеков.

 

Рис. 6.2. Конструкция переходного отсека:

1 – лючок; 2 – верхний шпангоут; 3 – направляющий штырь; 4 – обшивка; 5 – нижний шпангоут; 6 – отверстие под стыковой болт; 7 – болты; 8 – анкерная гайка

 

Каркасные отсеки

Основными силовыми элементами каркасного отсека являются (рис. 6.1, б): обшивка 1, продольные силовые элементы – стринге­ры 4, поперечные кольцевые элементы – стыковочные и промежуточ­ные шпангоуты 3.

В каркасных отсеках обшивка работает на рас­тяжение (сжатие и изгиб) совместно со стрингерами. Конструкция отсека, в которой растяжение (сжатие и изгиб) воспринимаются мощными продольными силовыми элементами – лонжеронами – назы­вается лонжеронной.

В этих конструкциях при осевом сжатии и изгибе удается достигнуть более высокого уровня критических напряжений (s _кр» (0,5...0,7) s _т), чем в гладких отсеках.

ОБШИВКА образует форму отсека, ограничивает его внутренний объем, защищая его от воздействия факторов окружающей среды. Как самостоятельный силовой элемент обшивка работает на растяжение, в частности, от внутреннего давления.

Относительный вклад обшивки в работу конструкции корпуса опре­деляется:

– толщиной обшивки;

– частотой силового набора;

– характером соединения между обшивкой и элементами набора.

Каркасные отсеки изготавливаются клепаными, что позволя­ет использовать более высокопрочные материалы. Это обеспечивает уменьшение массы конструкции РБл.

СТРИНГЕРЫ – продольные элементы, подкрепляющие обшивку – воспринимают совместно с обшивкой осевые нагрузки и изгибающие моменты, действующие на отсек. Стрингеры через обшивку воспринимают и распределенные поперечные нагрузки, например, от внешнего аэродинамического давления – при этом шпан­гоуты служат опорами для стрингеров.

ЛОНЖЕРОНЫ – мощные продольные элементы силового набора, воспринимающие сосредоточенные продольные и изгибающие нагрузки боль­шой интенсивности (от узлов крепления двигателей, смеж­ных отсеков и агрегатов).

Общие требования к лонжеронам аналогичны требованиям к стрингерам. Но есть и отличая: поскольку лонжерон работает в основном автономно на сосредоточенную нагруз­ку, связь его с обшивкой не имеет такого значения, как для стрингера, но для повышения работоспособности обшивки целесооб­разно максимально использовать опору на лонжерон.

ШПАНГОУТЫ – по назначению подразделяют:

– торцевые (стыковочные) – подкрепляют край отсека корпуса и обеспечивают его надежное соединение со смежными конструк­циями;

– промежуточные – подкрепляют обшивку на участке между тор­цевыми шпангоутами и обеспечивают сохранение формы поперечного сечения отсека. Позволяют повысить общие критические напря­жения потери устойчивости за счет уменьшения длины участка меж­ду опорами.

Типовые сечения элементов силового набора, изготавливаемых прессованием, гибкой из листа, штамповкой, точным литьем, механи­ческой обработкой, представлены на рис. 6.3.

 

Рис. 6.3. Типовые сечения элементов силового набора:

а) стрингеры; б) лонжероны; в) шпангоуты; 1–5 откры­тые профили; 6 – закрытый профиль; 7 – лонжерон с усиленной верхней полкой; 8 – лонжерон с верхней полкой, усиленной ком­позиционным материалом; 9 – сборный лонжерон; 10–12 – про­межуточные шпангоуты; 13, 14 – усиленные шпангоуты (сборные); 15 – торцевой шпангоут

 

В зависимости от включения тех или иных элементов силового набора различают следующие типы корпусных конструкций:

– МОНОНОК – корпус, у которого основным силовым элементом является обшивка (гладкие отсеки или каркасные, когда обшивка подкреплена набором из часто расположенных стрингеров малого сечения).

Монококовые корпуса применяются тогда, когда продоль­ные нагрузки невелики и могут быть восприняты обшивкой относи­тельно небольшой толщины.

Конструкции корпусов с обшивкой, подкрепленной только шпангоутами, называют еще бесстрингерными.

– СТРИНГЕРНАЯ – конструкция корпуса, состоящая из тонкой обшивки, подкрепленной стрингерами и шпангоутами;

– ЛОНЖЕРОННАЯ (БАЛОЧНАЯ) – конструкция корпуса, в которой сжимающие и изгибающие нагрузки воспринимаются лонжеронами, а обшивка воспринимает прежде всего напряжение сдвига и местные нагрузки.

 

Рис. 6.4. Конструкция переходника со стрингерами:

1 – верхний шпангоут; 2 – направляющий штырь; 3 – фитинг; 4 – стрингер; 5 – обшивка; 6 – нижний шпангоут; 7 – отверстие под разрывной болт

 

Рис. 6.5. Конструкция приборного отсека каркасного типа:

1 – верхний опорный шпангоут; 2 – стрингер; 3 – промежуточный шпангоут; 4 – усиленный стрингер; 5 – обшивка; 6 – нижний опорный шпангоут

 

Рис. 6.6. Варианты соединения элементов переходника:

1 – обшивка; 2 – шпангоут; 3 – стрингер

 

Так как тонкая обшивка плохо воспринимает и передает сосредоточенные силы, то обычно в отсеках по узлам крепления ставят стрингеры или фитинги (рис. 6.7), которые постепенно включают обшивку в работу. Приближенно можно считать, что обшивка полностью включается в работу на длине, равной расстоянию между стыковыми болтами.

 

Рис. 6.7. Схема подкрепления обшивки в местах разъема:

1 – обшивка; 2 – стрингер; 3 – фитинг; 4 – стыковой шпангоут; 5 – вспомогательный стрингер; 6 – фестон