Отсеки гофрированной и сотовой конструкции

Гофрированные обшивки обладают высокой эффективностью по массовым характеристикам в конструкциях, работающих на сжатие и изгиб т.к. гофрированный лист имеет значитель­но больший момент инерции относительно средней линии обшивки, чем негофрированный той же толщины.

В то же время масса его уве­личивается в сравнении с негофрированным незначительно. Гофриро­ванные обшивки технологичнее, чем монолитные, и обеспечивают луч­шее использование металла, т.к. изготавливаются из плоского листа путем его гибки или штамповки. Недостатком гофрированных обшивок является плохая работа на сдвиг в направлении, перпенди­кулярном гофрам, а также сложность их соединения с торцевыми шпангоутами.

Гофрированные листы применяются в качестве продольного подкрепления гладкой обшивки (рис. 6.9) и в качестве заполнителя в трехслойных панелях и секциях.

Многослойные (чаще трехслойные) обшивки с заполнителем эффективны в корпусных конструкциях, работающих на внешнее давление, сжатие, а также при повышенных требованиях к жесткости обшивки (сохранению формы под нагрузкой). Стенка многослойной оболочки имеет жесткость на изгиб в продольном направлении, в несколько десятков раз превышающую жесткость эквивалентной по массе однослойной гладкой оболочки. Обеспечивается это тем, что тонкие несущие слои из высокопрочного материала, разделенные более толстым слоем заполнителя, в качестве которого обычно используются материалы или конструктивные элементы низ­кой плотности, образуют конструктивную схему, имеющую момент инерции сечения значительно больший, чем однослойная обшивка такой же массы.

 

Рис. 6.9. Применение гофрированного листа в конструкции корпуса:

а – соединение гофрированной оболочки и торцевого шпангоута; б – продольное и поперечное соединение гофрированных листов в обшивке; в – соединение гофрированной обечайки (играет роль и продольного силового набора) с различными шпангоутами; г – панели корпуса, изготовленные из гладких и гофрированных листов; д – сборный лонжерон с гофрированной стенкой.

 

Рис. 6.10. Нижний переходник ракеты S-V:

1 – гофрированная обшивка; 2 – шпангоут

 

Широко применяются различные конструкции стенок многослойных оболочек (рис. 6.11). Трехслойная стенка имеет два тонких внеш­них несущих слоя (наружный d _н, внутренний d _в) из прочного материала и средний слой толщиной d из легкого малопрочного заполнителя.

В качестве заполнителя применяются сплошные легкие материалы (пенопласт, легкие пластмассы, гофры, соты и ребра из стекло- и углепластиков, из алюминиевой, титановой и стальной фольги). Роль заполнителя может играть частый профильный набор или гофрированный лист, располагаемый между двумя гладкими листами. Толщины трехслойных обшивок, определяемые толщиной заполнителя, выбираются в зависимости от вида заполнителя и конкретных конструктивно-силовых требований, и могут составлять от нескольких мм до нескольких десятков мм.

Для соединения заполнителя с обшивкой применяются в зависи­мости от используемых материалов и формы заполнителя склейка, сварка, пайка, клепка.

В оболочках с двухслойной стенкой один слой является несущим, а второй выполняет роль теплозащитного покрытия (рис. 6.11, в).

 

Рис. 6.11. Конструкции стенок многослойных оболочек:

а) – трехслойная с гофром; б) – трехслойная с сотовым заполнителем; в) – двухслойная с теплозащитным слоем; г)– трехслойная с теплозащитный и теплоизоляционным слоями.

 

Для отсеков гофрированной и сотовой конструкции значение критических напряжений при осевом сжатии доводится до s _кр» (0,7...0,8) s _т.

 

Ферменные отсеки

Ферменные конструкции используют:

– в межблочных переходниках при "горячем" разделении ступеней;

– в силовых рамах крепления двигателей;

– в качестве термомостов баков, заправляемых низко­кипящими (криогенными) компонентами топлива.

Стержни форменных отсеков соединяют два торцевых шпангоута. При этом каждая пара стержней и участок шпангоута образуют неизменяемый треугольник. Ферменные отсеки изготавливают сварными. Не уступая каркасным в восприятии осевых сил и изгибающих моментов, они хуже работают на нагрузки сдвига (перерезывающую силу и крутящий момент). Усилия с ферменной конструкции передаются в точках, а не по контуру, что требует местного усиления конструкции стыкуемой части. На стержни ферм, используемых в качестве меж­блочных переходников при "горячем" разделении ступеней, действует нагрузка, обусловленная давлением струй двигателей при их работе до завершения процесса разделения ступеней.

Для поддержания температуры стержней не выше допустимой по условиям прочности на стержни наносят теплозащитное покрытие. Для облегчения ферм применяют биметаллическое соединение стержней и узлов, при котором стержни изготавливают из высокопрочного конструкционного материала (сталь, титановый сплав), а узел их стыковки – из более легкого алюминиевого сплава.

В конструкции ферм – термомостов, используемых для подвески ненесущих криогенных емкостей, для изготовления стержней применяют материалы с низкой теплопроводностью (стеклопластики, титановые сплавы).

При конструировании ферм стремятся обеспечить их ста­тическую определимость, так как статически неопределимая конструкция оказывается тяжелее из-за трудности точного учета распределения внешних нагрузок между отдель­ными элементами. Оси нескольких стержней в узлах должны сходи­ться в одной точке.

Основное внимание уделяется соединению стержней между со­бой. Задача состоит в том, чтобы по возможности уменьшить пе­редачу на стержень изгибающих моментов, т.е. приблизить харак­тер его нагружения к силовой схеме фермы, в которой соединения стержней считаются шарнирными. Примеры конструкций форменных отсеков приведены на рис. 6.12.

 

Рис. 6.12. Примеры конструкций ферменных отсеков:

а) 12-стержневая ферма; б) 24-стержневая ферма с промежуточным поясом для отсеков большого удлинения.

 

Рис. 6.13. Переходный отсек в виде рамы:

1 – кольцо; 2 – башмак под штырь; 3 – штырь; 4 – стержень; 5 – башмак под пироболт (замок); 6 – нижний башмак (под пироболт или замок)

 

Фермы большого удлинения, работающие на сжатие, целесообразно разбивать на две, вводя промежуточные кольцевые связи (рис. 6.12, б). Симметрично расположенные стержни долж­ны иметь одинаковую жесткость. Работоспособность стержней фермы существенно ухудшается при наличии начальной непрямо­линейности, конструктивных изломов и изгибов, при введении в конструкцию элементов, нагружающих стержни поперечными на­грузками. Все это необходимо учитывать как при конструирова­нии, так и при предъявлении требований к деталям и полуфабрикатам.