Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://www.buran.ru/htm/26-3.htm
Дата изменения: Unknown
Дата индексирования: Mon Oct 1 20:14:52 2012
Кодировка: Windows-1251
Поисковые слова: opticaltelescope
Некоторые особенности расчета на
прочность ракеты-носителя
Ракета-носитель
"Энергия" - конструкция пакетной схемы.
Связь между блоками осуществляется в двух
поясах. Верхний пояс связей, выполненный в виде
сферических шарниров, воспринимает три линейных
силовых фактора. В нижнем поясе связей боковые
блоки попарно связаны между собой и каждая пара
блоков крепится к центральному блоку - здесь
воспринимаются лишь силы, действующие в
плоскости пояса связей, обеспечивая свободные
перемещения блоков в направлении его продольной
оси. При этом схема крепления боковых блоков в
параблоки, а затем параблоков к центральному
блоку обеспечивает статическую определимость
нижнего пояса связей.
Принятая схема силовых связей
обеспечивает и статическую определимость в
целом, в смысле определения усилий
взаимодействия блоков в узлах связей ракеты в
полете. Это приводит к тому, что в полете, в
случаях воздействия на ракету неравномерного
поля температур, могут появляться лишь локальные
участки, на которых возникают температурные
напряжения. В целом же, внешних дополнительных
температурных нагрузок на блоки либо усилий в
межблочных связях не возникает.
При наземной эксплуатации
осуществляется жесткое закрепление всех четырех
блоков к наземному блоку Я. Крепление каждого из
блоков производится восемью шпильками и восемью
замками, обеспечивающими восприятие
перерезывающих и продольных усилий и изгибающих
моментов.
Таким образом, по этому стыку
осуществляется практически полная заделка, что
накладывает на ракету дополнительные связи и
делает ее статически неопределимой. Во всех
случаях эксплуатации ракеты совместно с
наземным блоком Я воздействие температурных
полей приводит к появлению дополнительных
температурных нагрузок, основные причины
возникновения которых рассмотрены ниже.
В условиях "Байконура" ракета
собирается в пакет при температуре окружающей
среды +20 њС. По окончании сборки она попадает в
условия, когда температура может составлять от +50
до +40 њС. При этом на общее равномерное изменение
температуры конструкции ракеты накладывается
влияние ряда факторов, вызывающих существенную
неравномерность в распределении температурных
полей.
К ним относятся следующие:
охлаждение или нагрев отдельных элементов при
заправке или термостатировании, неравномерность
заправки компонентами боковых блоков,
воздействие Солнца и ветра. Многообразие этих
факторов приводит к различным схемам
возникновения температурных нагрузок в
межблочных связях и блоках. Так, например, при
равномерном изменении температуры конструкции,
включая и блок Я, за счет различных коэффициентов
линейного расширения возникает разница
температурных перемещений центров боковых
блоков в двух сечениях, в сечении нижнего пояса
связи и в сечении по стыку с блоком Я. При этом
хвостовая часть боковых блоков испытывает изгиб
и сдвиг, вызванные относительным смещением
указанных сечений.
Рассогласование уровней заправки
боковых блоков или воздействие Солнца приводит к
разнице осевых температурных перемещений вершин
боковых блоков. Это вызывает поворот сечения
верхнего пояса связи и, как следствие, изгиб
центрального блока и всего пакета.
Величины температурных нагрузок
существенным образом зависят от жесткостных
характеристик элементов поясов связей блоков.
Оценки, проведенные для ряда простейших случаев
с учетом упрощенного представления жесткостных
характеристик поясов связей, показали, что
величины дополнительных температурных нагрузок
в опорных отсеках боковых блоков могут достигать
30-40 % от максимальных нагрузок на эти отсеки.
Таким образом, при создании
"Энергии" возникла необходимость решения
новой задачи - определения нагрузок в межблочных
связях и напряженно-деформированного состояния
конструкции при наземной эксплуатации от
действия температурных факторов. Ее решение
потребовало разработки новой методики расчета
жесткостных характеристик поясов связей и
оценки температурных усилий, а также новой
методики экспериментального подтверждения
полученных расчетных величин.
Сложная схема и практически
произвольное распределение температур по
конструкции ракеты "Энергия" приводят к
невозможности использования аналитических
методов при решении задачи определения
напряженно-деформированного состояния
конструкции. Применение численных методов при
решении указанной задачи с использованием
оболочечной расчетной модели также не дает
возможности получения решения с приемлемыми для
проведения анализа затратами. Решение подобной
задачи, даже с использованием суперэлементного
подхода, представляется весьма сложной
проблемой. Тем более сложным является
использование такой модели для многочисленных
расчетов с целью анализа влияния различных
конструктивных элементов.
В то же время задачи определения
нагрузок для ракеты-носителя многоблочного типа
решаются, как правило, в балочной постановке с
использованием метода начальных параметров и
метода конечных элементов.
Получаемые при этом результаты
хорошо согласуются с экспериментальными
данными. Учитывая, что отдельные блоки
ракеты-носителя ракетной схемы "Энергии"
представляют собой оболочечные конструкции
большого удлинения, практически аналогичные
многоблочным ракетам-носителям, существует
возможность решения задач, связанных с расчетом
всего пакета на основе балочных представлений.
Именно поэтому балочный подход нашел применение
при разработке динамических схем.
В основу экспериментального
исследования температурного нагружения
положено то, что конкретные температурные режимы
конструкции могут быть представлены как
комбинации "единичных" расчетных случаев, а
температурные нагрузки, соответствующие данному
температурному режиму, могут быть получены
суммированием температурных нагрузок от
единичных случаев. На основе подобного подхода
разработана методика оперативной оценки
температурных нагрузок, в соответствии с которой
была реализована специальная система измерений
на стендовом варианте ракеты - 5С.
Длительный срок эксплуатации этой
ракеты обеспечил возможность проведения
многократных замеров, а большая программа работ -
возможность получения значительных перепадов
температур.
При создании системы измерений
были проведены специальные мероприятия для
повышения точности и стабильности результатов
на всем периоде эксплуатации. Полученные
результаты подтвердили правильность решений и
подходов, принятых при расчетах температурных
нагрузок, и создания системы измерений.
Введение данной системы измерений
в сочетании с разработанной методикой
оперативной оценки температурных нагрузок
позволило обеспечить контроль за уровнем
нагружения межблочных связей и опорных отсеков
боковых блоков на наиболее опасных (с точки
зрения температурного нагружения) этапах
наземной эксплуатации.