Материал: Основы проектирования РН Куренков

-массы дренажно-предохранительных клапанов;

-массы заправочной арматуры и др.

При таком уточненном расчете массы цилиндрической части бака и двух днищ будут рассчитываться по методике, приведенной выше, однако коэффициенты, учитывающие составные части, следует

брать следующими: kцо 1, 2 и kднн 1, 2 .

Приведем методики расчета массы шпангоутов, массы магистральных трубопроводов и массы тоннельных трубопроводов баков. Методики расчета остальных составных частей баков можно найти в литературе по проектированию ракет, например, в [71].

Расчет массы шпангоутов бака

Расчетная схема представлена на рис. 12.8.

Расчет массы шпангоутов производится отдельно для шпангоута нижнего днища и шпангоута верхнего днища. Покажем процедуру расчета для произвольного шпангоута (верхнего или нижнего).

Рис. 12.8. Схемы для расчета площади шпангоута

Погонные нагрузки на шпангоут от обечайки днища будут зависеть от толщины стенки днища бака и определяться по следующей зависимости (см. рис. 12.8, а):

где днсф - толщина днища сферической формы;- допускаемое напряжение.

286

Следует отметить, что эти толщины могут быть разными для верхнего и нижнего днищ.

Проекции погонных нагрузок N1 на плоскость шпангоута будут следующими:

Угол можно получить из геометрических характеристик бака:

D

2 R (12.47)

дн

Вчастном случае, если для проектных расчетов в первом при-arcsin .

Рассмотрим напряжения, возникающие в шпангоуте при действии распределенной нагрузки q1 (см. рис. 12.8, б).

Можно показать, что сжимающие усилия в шпангоуте от действия распределенных погонных нагрузок q1 на полукольцо шпанго-

ута будут равны действию погонных нагрузок q1 на длину, равную

проекции полукольца шпангоута. То есть расчетные схемы, представленные на рис. 12.8, б и рис. 12.8, в, будут эквивалентными.

Поэтому можно получить выражение для расчета напряжений

287

Если принять шп , что соответствует наиболее полному

использованию прочностных характеристик конструкционного материала при отсутствии потери устойчивости, то можно получить

шпангоута бака (к шпангоуту хвостового отсека, межбакового или переходного отсека).

Расчет массы магистрального трубопровода

Сначала определим потребный диаметр магистрального трубопровода dМТ . Схема расположения в баке магистрального (1) и тоннельного (2) трубопроводов приведена на рис. 12.9.

1

Рис. 12.9. Схема расположения тоннельного и магистрального трубопроводов в баке

Диаметр магистрального трубопровода определяется из условия ограничения по скорости течения жидких компонентов топлива

(VКТ 6...10 м / с - меньшие значения для компонентов с высокой плотностью, большие – с низкой). Объём WKT компонента топлива,

288

расходуемого в единицу времени, равен, с одной стороны, произведению площади сечения трубопровода SМТ на скорость течения ком-

понента топлива VКТ , то есть

где

С другой стороны, этот же объем равен отношению расхода массы компонента топлива в единицу времени к плотности компонента топлива:

Приравнивая между собой правые части выражений (12.53) и (12.55) и подставляя в это равенство (12.54), получаем уравнение

разрешая которое относительно искомого диаметра трубопровода, получаем

Толщину стенки магистрального трубопровода определим по выражению

где pМТ - давление в нижней части магистрального трубопровода. Это давление можно найти по следующей зависимости:

где LМТ - длина магистрального трубопровода (которая приближенно равна длине Lб ).

289

Удельная масса стенки магистрального трубопровода и масса магистрального трубопровода рассчитываются так же, как и удельная масса стенки цилиндрического бака и масса цилиндрического бака:

где kМТ 1, 2 - коэффициент, учитывающий массу теплоизоляции и элементов крепления магистрального трубопровода.

Расчет массы тоннельного трубопровода

Диаметр тоннельного трубопровода dТТ считается пропорциональным диаметру магистрального трубопровода:

dТТ kТТ dМТ ,

где kТТ 1,2...1,3 - соответствующий коэффициент пропорциональ-

ности [71].

Толщина стенки тоннельного трубопровода определяется из условия устойчивости стенки этого трубопровода к действию внешнего по отношению к этому трубопроводу давления в баке, через который проходит тоннельный трубопровод (см. расчетную схему, представленную на рис. 12.10).

Рис. 12.10. Расчётная схема для определения толщины стенки тоннельного трубопровода

Давление, действующее на нижнюю часть тоннельного трубопровода, рассчитывается по той же зависимости, что и давление, действующее на нижнюю часть бака (см. зависимость (12.34)):

290