3.4. Расчет накладок тб

Исходные данные

Радиус днищ бака

Радиус люка-лаза

Давление наддува бака горючего

Максимальная высота столба жидкости

Коэффициент продольной перегрузки

Расход окислителя

Плотность окислителя

Расход горючего

Плотность горючего

Коэффициент запаса прочности

Ускорение силы тяжести

Материал накладок для верхнего днища АМг6

Предел прочности

Материал накладок для нижнего днища АМг6

Предел прочности

Так как днище топливного бака имеет сферическую форму, то расчет накладки проводим

по следующей формуле

где h - ширина кольцевой накладки;

– толщина кольцевой накладки (задаемся);

R_в – радиус выреза в баке, на который устанавливается накладка;

– предельное напряжение, при котором в накладке образуются пластические шарниры.

Считаем, что .

Определяем расчетное давление.

Для верхнего днища

Для нижнего днища

На верхнем днище расположены два отверстия: отверстие под люк-лаз и под тоннельную трубу, рис. 10.

Накладка под люк-лаз

Принимаем:

Получаем

Принимаем h = 0,110 м.

Накладка под отверстие для тоннельной трубы, рис. 3.4.1.

Определим диаметр расходной магистрали окислителя проходящей через бак горючего. Принимаем скорость движения окислителя расходной магистрали W_ок = 10 м/с

Рис.3.4.1. Схема пластины – накладки:

1- днище бака; 2- накладка; 3- тоннельная труба

Принимаем

Выбираем диаметр тоннельной трубы

Принимаем:

Получаем

Принимаем h = 0,085 м. Расчет накладок для нижнего днища бака.

На нижнем днище расположены два отверстия: под тоннельную трубу и под расходную магистраль горючего, см. рис. 10.

Накладка на отверстие под тоннельную трубу на нижнем днище

Принимаем:

Получаем

Принимаем h= 0,100 м.

Накладка на отверстие под расходную магистраль горючего на нижнем днище.

Принимаем скорость движения окислителя расходной магистрали W_ок =6 м/с

Принимаем:

Получаем

Принимаем h = 0,03 м .

3.5. Расчет однослойного сильфона

Цель работы

Рассчитать однослойный сильфон

Общие сведения

Для компенсации температурных и силовых перемещений, а также технологических неточностей, возникающих в процессе сборки, в систему трубопроводов устанавливают компенсаторы-сильфоны. В системах летательных аппаратов применяются также длинные гибкие трубопроводы типа сильфонов.

Сильфоны представляют собой оболочки, образованные телами вращения, состоящими из торовых участков положительной и отрицательной кривизны, соединенные плоскими круговыми пластинами (рис.3.5.1). Благодаря особенностям геометрической формы, сильфоны способны значительно перемещаться под действием давления, осевой или поперечной силы и изгибающего момента.

Конструктивное исполнение может быть различным. Широко используются бесшовные сильфоны, изготовленные из однослойных тонкостенных трубок. Также используются сварные сильфоны, изготовленные из штампованных кольцевых мембран. Для увеличения прочности и защиты от агрессивных сред применяются многослойные сильфоны.

Для определения жесткости сильфонов применяется схематизация их как системы кольцевых пластин, которые считают попеременно заделанными по внутреннему и наружному контурам (рис.3.5.2). В этой схеме не учитываются участки скругления, поэтому жесткость сильфона оказывается несколько завышенной.

Для определения жесткости сильфона при осевом перемещении достаточно рассмотреть один элемент схемы – плоскую круговую кольцевую пластину, нагруженную силой Р.

Рис.3.5.1. Схема нагружения сильфона Рис.3.5.2. Схематизация сильфона

в виде пластин

Исходные данные

Топливная пара О_2ж + Керосин;

Расход топлива m = 307,9 кг/с;

Коэффициент соотношения расходов

окислителя и горючего К_m = 3,4;

Плотность горючего ρ_гор = 800 кг/м³;

Диаметр ракеты D_р = 2,15 м;

Длина бака окислителя L_{б ок} = 6,68 м;

Длина бака горючего L_{б г} = 3,11 м;

Длина межбакового отсека L_мо = 0,5 м;

Материал сильфона Бр.Б2;

Модуль упругости Е = 135 ∙ 10⁹;

Предел прочности σ_в = 1250 ∙ 10⁶;

Коэффициент Пуассона μ = 0,33.

Рис.3.5.3. Расчетная схема сильфона

Расход горючего

Диаметр трубопровода подачи горючего

где W = 6…10 м/с – скорость движения горючего по трубопроводу, примем W = 10 м/с.

Наружный диаметр буртика сильфона должен быть d_н ≥ d_тр.

Найденное значение d_тр округляем до ближайшего значения d_н по ГОСТ 21482-76 и принимаем следующие параметры сильфона:

Наружный диаметр буртика d_н = 0,100 м;

Толщина стенки δ_ст = 0,16 ∙10^-3 м;

Длина буртика L_к = 3,5 ∙10^-3 м;

Шаг гофр t_г = 7,0 ∙10^-3 м;

Число гофр n_г = 6;

Наружный диаметр сильфона D_н = 130 ∙10^-3 м;

Внутренний диаметр сильфона D_вн = 100 ∙10^-3 м;

Рис.3.5.4. Расчетная схема расположения сильфона на ракете М 1:75

Длина трубопровода от днища бака горючего до сильфона

L_тр = ΔL = 0,15 м,

где ΔL =(0,05…0,1) ∙ D_р = 0,07 ∙ 2,15 = 0,15 м – расстояние от днища бака горючего до места установки сильфона.

Рабочее давление в сильфоне на рабочем режиме

Р_{расч.раб} = Р_над + ρ_г∙g∙h∙n_x = 3∙10⁵ + 800 ∙ 9,81 ∙ 2,95 ∙ 2 = 3,46 ∙ 10⁵ Па = 0,346 МПа,

где Р_над = 3∙10⁵ Па – давления наддува в баке горючего;

g = 9,81 м/с² – ускорение земного тяготения

n_x = 2…2,5 = 2 – перегрузка, действующая на ракету в продольном направлении оси ракеты, в момент старта ракеты,

h = L_тр +h₁ = 0,15 + 2,8 = 2,95 м – высота столба жидкости от зеркала жидкости до сильфона,

h₁ = 0,9 ∙ L_{б г} = 0,9 ∙ 3,11 = 2,8 – высота уровня жидкости в баке горючего.

Проверка сильфона на прочность

Предельное внутреннее давление в сильфоне из условия неразрушения нагруженных участков гофра

где - средний радиус сильфона,

- внутренний радиус сильфона,

- наружний радиус сильфона,

- площадь гофра сильфона.

Предельное внутреннее давление в сильфоне из условия допустимых напряжений в стенке сильфона

По наименьшему из двух предельных давлений в сильфоне Р_пред1 и Р_пред2 принимаем, что предельное расчетное давление для данного сильфона равно Р_{расчпред} = Р_пред2 =3,077 МПа.

Оценка полученного результата

По условиям прочности данный сильфон может работать при максимальном расчетном давлении Р_{расчпред} =3,077 МПа > Р_{расчраб} = 0,346 МПа.

Проверка сильфона на устойчивость

Жесткость сильфона при осевом перемещении

где - отношение диаметров сильфона

Жесткость сильфона при угловых перемещениях

Проверяем продольную устойчивость сильфона при угловых перемещениях

Эффективная площадь сильфона

Длина сильфона

Длина гофрированной части сильфона

Критическое давление потери продольной устойчивости сильфона

где ν = 0,5 – коэффициент учитывающий закрепление концов сильфона.

Оценка полученных результатов

Критическое давление потери продольной устойчивости сильфона (P_кр = 0,912МПа) больше расчетного на рабочем режиме (Р_{расчраб} = 0,346 МПа). Таким образом, при жестком закреплении концов сильфона он не теряет устойчивость в продольном направлении.

По результатам вычислений прорисовываем сильфон в масштабе 2:1 (рис.3.5.5).

Рис.3.5.5. Однослойный сильфон М 1,5:1