Материал: Погорелов В.И.-Прочность и устойчивость тонкостенных конструкций

этапе прогретого слоя движется внутрь покрытия со скоростью уноса.

3. При бесконечно большой толщине покрытия полагаем, что на третьем этапе тепловой фронт продолжает двигаться внутрь покрытия вплоть до падения ГО на землю. В результате расчета методом конечных разностей определяем глубину прогретого

слоя zm .

4. Толщину покрытия тогда определяем по формуле δ1 = c1(z1 - zm), где z1 – толщина унесенного покрытия; zm – толщина прогретого слоя покрытия; c1 = (1,2÷1,5) – коэффициент запаса, учитывающий погрешности расчета, а также разброс теплофизических характеристик покрытия.

При такой схеме расчета считаем, что конструкционная стенка не нагревается, так как фронт тепла достигает ее поверхности только к концу третьего этапа нагрева ТЗП.

Если допускается нагрев конструкционной стенки до заданной температуры (например, температуры отпуска, если это сталь), то толщину прогретого слоя определяем в следующем порядке (рис. 38):

– задаваясь рядом значений T2 – начальной температуры конструкционной стенки – в конце второго этапа и принимая, что температура в покрытии меняется от температуры разрушения Tp до T2, а профиль ее такой же, как и на первом этапе, но смещен на величину T2, проводим расчет нагрева двухслойной стенки методом конечных разностей;

– выбираем такую толщину zm покрытия, чтобы в конце третьего этапа температура конструкционной стенки не превышала заданного значения.

Частичный прогрев конструкционной стенки позволяет уменьшить толщину покрытия. Другим возможным путем ее уменьшения является использование многослойных покрытий. Так, на первом и третьем этапах нагрева целесообразно иметь покрытия с низкой теплоемкостью и теплопроводностью, а на

84

втором, когда происходит унос покрытия, оно должно иметь высокую эффективную энтальпию Нэф. Оптимальное использование свойств покрытий в многослойных пакетах позволяет существенно уменьшить полную массу всего покрытия.

6.7. Оптимальное затупление носка

Анализируя выражения (6.29), убеждаемся, что от радиуса затупления зависит выражение в скобках, причем от rн через баллистический коэффициент зависят и верхние пределы интегрирования в (6.30). В дальнейшем этой зависимостью пренебрегаем и тогда, дифференцируя (6.29) по rн, а затем приравнивая полученный результат нулю, получаем следующее выражение для опти-

Рассуждая аналогично, можно получить иное выражение для радиуса затупления, определенное по тепловым потокам в звуковой

числяются с помощью формул, приведенных в [23]. Из двух значений rн необходимо взять то, которое соответствует наибольшему значению из двух унесенных слоев покрытия.

7.НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ СУХИХ ОТСЕКОВ

Вдальнейшем под сухими понимаются следующие типы от-

секов:

1) переходные, которые служат для соединения в единое целое различных по функциональному назначению отсеков. Наличие отсеков подобного рода обусловлено технологическим делением корпуса ракеты на части, различными диаметрами ступеней и т.д.; 2) приборные, предназначенные для размещения приборов

управления; 3) хвостовые, которые придают хорошую, аэродинамическую

форму хвостовой части ракеты, где располагается двигательная установка. Внутри отсека могут размещаться элементы автоматики двигательной установки и привод органов управления.

85

Корпус сухого отсека обычно представляет собой цилиндрическую или слабо коническую подкрепленную оболочку, нагруженную осевой силой, изгибающим или крутящим моментом и перерезывающей силой.

7.1.Работа элементов силового набора

Вобщем случае конструктивно-силовая схема сухого отсека образуется обшивкой, которая подкреплена изнутри продольным силовым набором – стрингерами (лонжеронами) и поперечным – шпангоутами. Рассмотрим работу каждого из элементов силового набора.

Обшивка выполняет следующие функции:

1.Придает отсеку обтекаемую аэродинамическую форму, а также воспринимает местные аэродинамические нагрузки и передает их на элементы продольного и поперечного силового набора.

2.Воспринимает крутящий момент и перерезывающую си-лу.

3.Частично воспринимает изгибающий момент и осевую силу. Доля изгибающего момента и осевой силы, воспринимаемая

обшивкой, зависит от соотношения ее толщины и площади поперечного сечения элементов продольного силового набора. Если толщина обшивки мала, то она теряет устойчивость при малых нагрузках, и поэтому практически весь изгибающий момент и осевая сила воспринимаются продольным силовым набором. В этом случае продольные элементы называют лонжеронами. По мере увеличения толщины обшивки она все больше включается в

работу и, наконец, возможно такое соотношение толщины обшивки и площади поперечного сечения стрингеров, при котором напряжения в обшивке и стрингерах станут одинаковыми.

Обычно обшивка и стрингеры скреплены между собой, поэтому не вся обшивка теряет устойчивость, а напряжения сжатия по сечению панели не будут постоянными, что иллюстрируется на рис. 39. Участие

86

обшивки в совместной работе со стрингерами при сжатии принято характеризовать с помощью редукционного коэффициента:

стрингере.

Для определения коэффициента φ составим следующее условие равновесия панели:

где bпр – ширина части обшивки примыкающей к стрингеру

(присоединенная обшивка), которая участвует в совместной с ним работе на сжатие. Используя (7.1) и (7.2), получаем

ϕ = bпр b .

На возможность восприятия внешних нагрузок подкрепленными пластинами впервые указал профессор И.Г. Бубнов, который предложил уточненный метод расчета корпуса корабля с помощью редукционных коэффициентов. В настоящее время этот метод широко используется при расчетах авиационных и судовых конструкций.

При определении редукционного коэффициента Карман предложил считать, что часть обшивки шириной bпр , прилегаю-

щая к профилям, воспринимает напряжения, равные напряжениям в стрингерах. Тогда σкр.обш = σкр.стр = 3,6Eоб(δbпр)2 , откуда bпр =1,96 Eоб σкр.стр . Полученное выражение дает завышен-

ные значения по сравнению с экспериментальными данными, поэтому в практике проектирования подкрепленных конструкций большее распространение получили формулы [30] П.А. Соколова

bпр = (0,44 +0,56(σпр.обш σстр ))b

и Маргуэра

bпр =1,54 Eоб σкр.стр + 0,19b ,

Записанные выражения для bпр соответствуют закреплению профиля и обшивки по одной линии (например, креплению уголка).

87

Если крепление стрингера к обшивке производится по нескольким линиям, то около каждой из них образуется область

Существуют также эмпирические методы определения ширины присоединенной обшивки применительно к конкретным материалам. На рис. 41 изображены три сечения лонжеронов и указаны соотношения для определения площади Fпр присоеди-

ненной обшивки.

Рис. 40. Расчет ширины присоединенной обшивки

Рис. 41. Площадь присоединенной обшивки

Из приведенных соотношений для расчета ширины присоединенной обшивки наибольшее распространение получила формула Кармана и ее различные модификации.

Каждый сухой отсек имеет два стыковочных шпангоута, работающих на нагрузки, перпендикулярные их плоскости. Промежуточные шпангоуты придают отсеку требуемую геометрическую форму, а также повышают критические напряжения общей потери устойчивости отсека. В некоторых случаях эти шпанго-

88