2.3 Металлические корпуса рдтт
2.3.1 Особенности конструирования металлических корпусов
При выборе материала для корпуса РДТТ следует учитывать назначение ракеты, размеры двигателя, действующие нагрузки и условия эксплуатации. С точки зрения главного критерия при выборе материала (минимизация массы), наиболее выгодным для несущей конструкции (обечайки корпуса РДТТ) будет материал с максимальной удельной прочностью (предел прочности материала, отнесённый к плотности), если определяющий вид нагружения в конструкции растягивающий, или с максимальной удельной жёсткостью (модуль упругости, отнесённый к плотности), если при определяющем виде нагружения требуется обеспечивать устойчивость конструкции [3].
При конструировании металлических корпусов РДТТ в зависимости от условий эксплуатации применяют высоколегированные стали типа СП (сталь 28Х3СНМВФА-Ш и другие для обечаек, сталь 30Х3ГСНМФА-Ш для шпангоутов и фланцев), а также высоколегированные коррозионно-стойкие стали типа ЭП (сталь 03Х11Н10М2Т-ВД для шпангоутов и днищ, крепёжных деталей, сталь 03Х11Н10М2Т2-ВД для обечаек). Стали типа СП подвержены коррозии, поэтому требуется эффективная защита от атмосферных воздействий [1].
Стали типа ЭП применяют, как правило, при эксплуатации изделий в условиях морского климата. Обычно такие корпуса представляют собой сварную конструкцию, которая включает в себя днища, обечайки, фланцы (рисунки 2.14, 2.15) [1].
1, 3 Шпангоуты; 2 обечайки
Рисунок 2.14 Конструкция цилиндрической части корпуса
1, 3, 10 Фланцы; 2 переднее днище; 4, 7, 8 шпангоуты; 5 обечайка; 6 пластиковый слой; 9 заднее днище; I местное увеличение толщины обечайки в зоне сварки
Рисунок 2.15 Конструкция металлического корпуса
В крупногабаритных РДТТ днища выполняют штампованными с отбортовками для приварки фланцев (рисунок 2.16).
1 Шпангоут; 2 днище; 3 фланец
Рисунок 2.16 Конструкция днища корпуса
В состав корпуса, как правило, входит несколько обечаек, последовательно сваренных друг с другом и расположенных так, что их продольные сварные швы смещены относительно друг друга. При проектировании корпусов необходимо учитывать уменьшение прочности металла в сварных швах. Так, для сталей типа СП прочность металла в сварных швах составляет примерно 0,9 прочности основного металла [1]. Для обеспечения равнопрочности конструкции в обечайках в зоне сварных швов допускается местное увеличение толщины (см. рису- нок 2.15).
Для сталей типа ЭП прочность металла сварного шва составляет приблизительно 0,650,7 прочности основного металла. Поэтому для обеспечения равнопрочности необходимо увеличить толщину стенки обечайки и шпангоутов в месте их соединения. Однако вследствие этого изменяется профиль корпуса и усложняется технологический процесс изготовления корпуса. Для получения более совершенной по массе конструкции на цилиндрическую часть корпуса методом намотки наносят стеклопластиковый слой (см. рисунок 2.15). При этом цилиндрическую часть корпуса до сварки со шпангоутами подвергают раскатке для получения однородной и качественной поверхности под намотку. Для последующего доведения толщины корпуса до требуемой применяют шлифование наружной поверхности, контролируя толщину непосредственно в процессе шлифования [1].
При конструировании таких корпусов необходимо провести анализ с целью установления оптимального соотношения толщин металла и стеклопластикового слоя. В комбинированных конструкциях доля металла снижается на 1020 % (с 70 до 50 %) [1].
Конструкции корпусов РДТТ, входящих в состав стартовых ступеней ракет и других объектов, имеют некоторые особенности, обусловленные их компоновкой в пусковых установках. Один из таких корпусов приведен на рисунке 2.17 [1]. Он состоит из двух секций большого удлинения, соединенных между собой газовой связью, которая одновременно является силовым элементом конструкции двигателя, воспринимающим внутренние и внешние нагрузки (действие внутреннего давления от работающего двигателя, передача усилий на ракету, транспортные нагрузки, восприятие усилий при отделении и т.д.).
Такое многообразие функций предопределяет сложную пространственную конфигурацию узла связи, а также повышенные требования к точности фланцев для стыковки секций корпуса. Обечайки для секций корпуса изготовляют методом вытяжки из заготовки, полученной вальцовкой из листа с последующей сваркой продольным сварным швом.
