Научная статья на тему 'Унификация шар-баллонов высокого давления РКТ комбинированной конструкции с композитной оболочкой и металлическим лейнером'

Унификация шар-баллонов высокого давления РКТ комбинированной конструкции с композитной оболочкой и металлическим лейнером Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
1113
163
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БАЛЛОН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ / КОМБИНИРОВАННАЯ КОНСТРУКЦИЯ / КОМПОЗИТНАЯ ОБОЛОЧКА / ЛЕЙНЕР / ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАТРАТЫ / НАМОТКА КОМПОЗИТНОЙ ОБОЛОЧКИ / ПРОЧНОСТЬ КОМБИНИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ / HIGH-PRESSURE VESSEL / COMPOSITE SHELL / LINER / OPTIMIZATION / STRUCTURAL AND TECHNOLOGICAL PARAMETERS / TECHNOLOGICAL COSTS / WINDING A COMPOSITE SHELL / STRENGTH OF A COMBINED STRUCTURE

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Тарасов Владимир Алексеевич, Бараев Алексей Викторович, Комков Михаил Андреевич

Унификация баллонов высокого давления (БВД) комбинированной конструкции с композитной оболочкой и металлическим лейнером, широко применяемых в различных системах использования сжатых и сжиженных газов, является актуальной проблемой. Однако в научной литературе отсутствуют сведения об успешном и обоснованном выборе параметров унифицированных конструкций. В связи с этим предложенный подход, основанный на оптимизации конструктивно-технологических параметров БВД комбинированной конструкции по критериям себестоимости или технологических затрат на намотку композитной оболочки без стоимости материалов, следует считать оригинальным. Исследование показало: при значительной стоимости применяемых материалов второй критерий оказывается более чувствительным; значительного сокращения производственных затрат следует ожидать при глубокой автоматизации намоточного оборудования и умеренном росте его стоимости; при зональной намотке композитной оболочки БВД комбинированной конструкции окружные напряжения имеют меньшие значения по сравнению с меридианальными напряжениями (разница напряжений нарастает от экваториальной плоскости к штуцерам); для зональной намотки характерно колебание значений меридианальных напряжений по угловой координате (амплитуда колебания увеличивается при уменьшении числа зон намотки); для обеспечения прочности БВД комбинированной конструкции толщина лейнера в области штуцера должна выбираться из условия сопротивления окружным нагрузкам. Предложен закон изменения толщины лейнера. Использование рекомендаций по унификации конструктивно-технологических решений производства БВД комбинированной конструкции позволит существенносократить производственные затраты в машиностроении.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Тарасов Владимир Алексеевич, Бараев Алексей Викторович, Комков Михаил Андреевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Standardization of spherical high-pressure vessels comprising composite shells and metallic liners

The standardization of high-pressure vessels (HPV) comprising composite shells and metallic liners is an important problem. However, the literature on choosing the parameters of the standard structures containing compressed and liquefied gases is still lacking. An approach proposed in this paper implies optimizing HPV structural and technological parameters with respect to the cost criterion or technological cost criterion. The latter includes only the cost of winding a composite shell and does not include the cost of materials. The study has shown that: if the cost of materials is high, the second criterion is more sensitive; production expenses can be considerably reduced by implementing automatic winding at a low cost; the zonal winding of high-pressure combined composite vessels provides lower values of tangential stresses as compared to the meridional stresses. The difference between the tangential and meridional stresses increases from the equator to the sleeves. It is characteristic for the zonal winding that the meridional stresses oscillate in the angular coordinate. Their amplitudes increase with decreasing the number of winding zones. The thickness of the liner near the sleeves is chosen from the condition that the composite structure could withstand angular loads. The liner thickness variation law is suggested. The proposed recommendations concerning the HPV design and technology standardization will significantly reduce production costs in mechanical engineering.

Текст научной работы на тему «Унификация шар-баллонов высокого давления РКТ комбинированной конструкции с композитной оболочкой и металлическим лейнером»

УДК 629.78

Унификация шар-баллонов высокого давления РКТ комбинированной конструкции

о У о о

с композитной оболочкой и металлическим лейнером

В.А. Тарасов1, А.В. Бараев2, М.А. Комков1

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 105005, Москва, Российская Федерация, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1.

2 ФГУП «НПО «Техномаш», 127018, Москва, Российская Федерация, 3-й пр-д Марьиной Рощи, д. 40.

Standardization of spherical high-pressure vessels comprising composite shells and metallic liners

V.A. Tarasov1, A.V. Baraev2, M.A. Komkov1

1 Bauman Moscow State Technical University, building 1, 2-nd Baumanskaya str., 5, 105005, Moscow, Russian Federation.

2 Federal State Unitary Enterprise «Scientific & Production Association «Tekhnomash», 3-y Maryinoy Roshchi proyezd, 40, 127018, Moscow, Russian Federation

e-mail: [email protected], [email protected]

Унификация баллонов высокого давления (БВД) комбинированной конструкции с композитной оболочкой и металлическим лейнером, широко применяемых в различных системах использования сжатых и сжиженных газов, является актуальной проблемой. Однако в научной литературе отсутствуют сведения об успешном и обоснованном выборе параметров унифицированных конструкций. В связи с этим предложенный подход, основанный на оптимизации конструктивно-технологических параметров БВД комбинированной конструкции по критериям себестоимости или технологических затрат на намотку композитной оболочки без стоимости материалов, следует считать оригинальным. Исследование показало: при значительной стоимости применяемых материалов второй критерий оказывается более чувствительным; значительного сокращения производственных затрат следует ожидать при глубокой автоматизации намоточного оборудования и умеренном росте его стоимости; при зональной намотке композитной оболочки БВД комбинированной конструкции окружные напряжения имеют меньшие значения по сравнению с меридианальными напряжениями (разница напряжений нарастает от экваториальной плоскости к штуцерам); для зональной намотки характерно колебание значений меридианальных напряжений по угловой координате (амплитуда колебания увеличивается при уменьшении числа зон намотки); для обеспечения прочности БВД комбинированной конструкции толщина лейнера в области штуцера должна выбираться из условия сопротивления окружным нагрузкам. Предложен закон изменения толщины лейнера. Использование рекомендаций по унификации конструктивно-технологических решений производства БВД комбинированной конструкции позволит существенно сократить производственные затраты в машиностроении.

Ключевые слова: баллон высокого давления, комбинированная конструкция, композитная оболочка, лейнер, технологические затраты, намотка композитной оболочки, прочность комбинированной конструкции.

The standardization of high-pressure vessels (HPV) comprising composite shells and metallic liners is an important problem. However, the literature on choosing the parameters of the standard structures containing compressed and liquefied gases is still lacking. An ap-

proach proposed in this paper implies optimizing HPV structural and technological parameters with respect to the cost criterion or technological cost criterion. The latter includes only the cost of winding a composite shell and does not include the cost of materials. The study has shown that: if the cost of materials is high, the second criterion is more sensitive; production expenses can be considerably reduced by implementing automatic winding at a low cost; the zonal winding of high-pressure combined composite vessels provides lower values of tangential stresses as compared to the meridional stresses. The difference between the tangential and meridional stresses increases from the equator to the sleeves. It is characteristic for the zonal winding that the meridional stresses oscillate in the angular coordinate. Their amplitudes increase with decreasing the number of winding zones. The thickness of the liner near the sleeves is chosen from the condition that the composite structure could withstand angular loads. The liner thickness variation law is suggested. The proposed recommendations concerning the HPV design and technology standardization will significantly reduce production costs in mechanical engineering.

Keywords: high-pressure vessel, composite shell, liner, optimization, structural and technological parameters, technological costs, winding a composite shell, strength of a combined structure.

Один из основных источников энергии в конструкциях РКТ — шар-баллоны высокого давления (БВД) со сжатым рабочим газом. Они обеспечивают работу вытеснительных систем подачи топлива к ракетным двигателям и пневмоавтоматики.

Конструкция БВД традиционно определяется объектом применения, поэтому она различна при переходе от одного вида РКТ к другому, зависит от предпочтений конструктора и может отличаться даже для различных ракетных блоков одной ракеты-носителя. Это обусловило широкую номенклатуру шар-баллонов высокого давления, выпускаемых предприятиями отрасли в условиях мелкосерийного производства, которому характерны большие трудозатраты.

Важное направление снижения трудозатрат при производстве БВД — унификация элементов РКТ, что согласуется с задачами ракетно-космической отрасли по рациональному использованию ресурсов в соответствии с Указом Президента РФ В.В. Путина № 874 «О системе управления ракетно-космической отраслью» от 2 декабря 2013 г. На этой основе можно увеличить годовую программу выпуска БВД и применить более прогрессивные технологические процессы.

Перспективность унификации цельнометаллических БВД рассмотрена в работе [1], где с учетом общих подходов к проблеме унификации [2-12] и особенностей ее решения в ракетно-космической отрасли [13-20], а также имеющихся наработок по унификации параметров БВД [21-25] для снижения субъективности результата унификации цельнометаллических БВД в качестве основного унифицируемого параметра выбрана запасенная энергия сжатого

газа. Анализ показал, что значение запасенной энергии в выпускаемых в разных странах БВД составляет ~ 1, 5, 9 МДж. С учетом возможности использования нескольких БВД в одной связке можно обеспечить широкий диапазон потребных энергий.

Следует отметить, что кроме цельнометаллических БВД существует весьма широкий класс БВД комбинированной конструкции, в которых герметичность обеспечивается с помощью тонкостенного металлического лейнера, а прочность БВД в значительной степени обеспечивается композитной оболочкой, образуемой намоткой на поверхности лейнера.

Цель работы — обоснование конструктивно-технологических параметров БВД комбинированной конструкции, соответствующих унифицированному ряду значений запасенной в них энергии сжатого газа.

В основу методики обоснования параметров положим целесообразность применения метода зональной намотки, подробно описанного в работе [26], который, как известно, не обеспечивает равнопрочности конструкции в разных направлениях. Неравнопрочность конструкции увеличивается от экваториальной плоскости шар-баллонов в сторону штуцеров. В связи с этим в области штуцеров прочность БВД должен обеспечивать лейнер. При составлении методики будем исходить из того, что структура материала композитной оболочки в экваториальном сечении при зональной намотке полностью обеспечивает прочность БВД.

При выбранной (унифицированной) величине запасенной в шар-баллоне энергии Е его радиус связан с давлением следующим соотношением:

(

я =

1

Л

1/3

(1)

4яр0 р 1п р

где р = р/р0; р0 — атмосферное давление. Это следует из соображений, что запасенная в баллоне энергия Е = Ур0р1п р (V — объем шар-баллона).

При изготовлении композитной оболочки методом зональной намотки [26] могут применяться станки с различными принципами организации рабочих движений и уровнем автоматизации. Зональная намотка осуществляется по схеме, представленной на рис. 1.

В слабо автоматизированном оборудовании шар-баллон вместе с удерживающими его цапфами вращается вокруг горизонтальной оси. В процессе намотки организуется вращение шар-баллон вокруг собственной оси, которое может быть дискретным с поворотом на угол Дф и непрерывным со скоростью вращения Юф. При этом изменение угла наклона цапф по отношению к вертикальной плоскости осуществляется вручную с большими затратами времени на переналадку.

В высоко автоматизированном оборудовании изменение угла наклона цапф может осуществляться по программе дискретно или непрерывно.

Угловые скорости выбираются из расчета, что максимально допустимая скорость инам выкладки ленты на поверхности баллона составляет 60...70 м/мин. При машинной намотке эта скорость обычно принимается равной 15.25 м/мин.

Шар-баллон при зональной намотке совер-

шает сферическое движение относительно своего центра. При этом ось шар-баллона, связанная со штуцером, перемещается по конической поверхности с углом раствора а„, связанным с начальной угловой координатой цп0 границы п-й зоны намотки.

При непрерывном вращении вокруг собственной оси положение ленты на поверхности баллона в сферических координатах в параметрическом виде описывается уравнениями

| 81ПЦ

1ф = Юф£,

= у!С082 ап + БШ2 Ю^;

(2)

где ц, ф — угловые координаты точки ленты на поверхности сферы; ап — угол раствора конической поверхности п-й зоны намотки, по которой перемещается ось баллона; п — индекс зоны намотки; юа — угловая скорость вращения оси баллона относительно оси неподвижных цапф; юф — угловая скорость вращения оси баллона вокруг собственной оси; I — время.

Соотношение между угловыми скоростями юа и юф выбирается так, чтобы при обороте сферы относительно цапф расстояние между точками пересечения ленты экватора равнялось бы ширине ленты I л. Для первой зоны начальный угол ц10 ~ тш/Я, где гш — радиус штуцера, Я — радиус сферы баллона. Поэтому а1 ~ п/2 - гш/Я.

Экватор соответствует координате ц = я/2. Отсюда для первой зоны из (2) время выхода ленты в экваториальную плоскость ^ = а1/юа, при этом ф1 = а]Юф /юа. При повороте оси баллона на угол 2п лента опять попадает в экваториальную плоскость, но в момент времени

Рис. 1. Схема трехкоординатной зональной намотки на сферонамоточном станке: 1 — шпулярник с пропиточно-натяжным трактом; 2 — привод полярного вращения оправки; 3 — корпус (стойка) станка; 4 — электропитание двигателя постоянного тока; 5 — сферическая оправка с частично намотанным шаровым поясом (зоной); 6 — вращающиеся сектора с укрепленной на них оправкой; 7 — опора для крепления скалки сферической оправки; 8 — электромеханический привод станка

¿2 = («1 + 2л)/ю„, поэтому ф2 = (а! + 2л)юф/юа. Тогда ¿л = (ф2-ф1)Я = 2пЯюф/юа. Однако ширина ленты очевидно должна быть пропорциональна радиусу ¿л = %0Я, отсюда

—2я = Хо.

ю«

(3)

Начальные координаты зон намотки определяются следующими соотношениями:

Mn0 = "

ш -,

|10 = — при n = 1; R

л n -1 „ „

Mn0 =— при n = 2,3,..., N.

(4)

f (N) =

p0 pR

2o доп8л

Рис. 2. Схема формирования структуры композитной оболочке на дуге экватора шириной ¿л

Непостоянство напряжения натяжения ленты можно оценить из условия совместности деформаций слоев композитной оболочки

On

On =-

1 + 38),

где 8 = N81/R.

Расчеты показывают, что N _

f (N) = X On cos2 |n0 = 0,8624 + 0,4727N,

n=1

поэтому для вычисления числа зон намотки можно использовать уравнение

При намотке N зон на экваторе формируется структура композитной оболочки, близкая к однородной (рис. 2). В соответствии с этой схемой меридианальную силу натяжения в многослойной оболочке с учетом перекрестной структуры намотки можно определить по формуле N

Рт = СТдопВл*л Е О» С082 Ц»0 = ^доп8л,^л/N). (5)

п=1

Здесь Оп = о»/о доп; о» — напряжение натяжения, которое реализуется в слое п; одоп = = Х*ораз — допустимое напряжение в однонаправленном композиционном материале; ораз — прочность однонаправленного композиционного материала; 5 *л = 28 л, 8 л, ¿л — толщина и ширина выкладываемой ленты; %* < 1 — коэффициент запаса прочности. С другой стороны,

Рт = 2 Х0. (6)

Отсюда для определения количества зон намотки получаем соотношение

N =

ap0 pR

O доп8л

(7)

Здесь а = 1,06; Ь = 1,82.

Особенностью зональной намотки является утолщение слоя зоны намотки при движении от экватора к полюсу

5п = 5 л/8тц.

Тогда масса первого слоя

m1 = 2л2 R2Pк.м8Л I 1 -

а масса последующих слоев

mn = 2л2 R2p^8 л I 1 -

kR

n -1 N

где Рк.м — плотность композитного материала.

Для приближенной оценки массы композитной оболочки будем использовать приближенное выражение

~ о 5тах

2я2 Я2рк

М£к.о =:

j (R + 8)2 (8max -8)d8,

которое учитывает соотношение (4). Здесь

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

8 max = N8л.

Проинтегрировав последнее выражение и опустив индекс max, получим

2л2 R2pM i R + 8

M £к.о =■

R4-(R + 8)

R + 8)3 - R3 1

Г

После преобразований имеем

М£к.о =л2 рк.м R3 8

, 2? 82 1 + -8 +—

3 6

(8)

Время изготовления композитной оболочки состоит из времени намотки и времени переналадки при переходе от зоны к зоне:

max

Т =-

изг

М

Ек.о

-+ Тнал N,

ХоРк .м Я8

где Тнал — время одной переналадки.

В области полюса прочность конструкции БВД частично обеспечивает намотанная по зонам композитная оболочка и частично лейнер. Поэтому предпочтительно создавать переменную толщину лейнера, уменьшающуюся в сторону экваториального сечения. Кроме того, следует учитывать результаты предварительных исследований, которые показали, что с ростом рабочего давления монотонно уменьшаются массы композитной оболочки и лейнера. Поэтому в качестве критерия оптимизации конструктивных параметров БВД более целесообразно использовать себестоимость намотки композитной оболочки как фактор, определяющий все виды трудозатрат:

Си = Цм М£к.м + К1Амо Яб + К 2ЦзТизг , (9)

где Цм — стоимость композитного материала; Цз — средняя стоимость труда рабочих в единицу времени; Ам0 — коэффициент пропорциональности амортизационных отчислений размерам рабочей зоны оборудования, которые в свою очередь пропорциональны радиусу БВД Я; МЕк.м — масса композитного материала. Коэффициент 0 <к1 <1 характеризует степень автоматизации оборудования, а коэффициент 0 <к2 <1 — уровень снижения доли затрат на оплату труда рабочих в себестоимости изделия. В общем виде эти коэффициенты можно связать друг с другом соотношением / \ 1/и

К 2 =(1 "К? ) .

При этом желательно, чтобы показатель степени был и < 1. Лишь в этом случае любое увеличение степени автоматизации К1 приведет к существенному снижению трудоемкости изготовления оболочки К2Тизг.

При полной автоматизации оборудования (К1 = 1) отношение у амортизационных отчислений Ам0Яб3 к базовым затратам Ц3Тизг на оплату ручной намотки (К 2 = 1)

Ам0Яб

У =

ЦзТ

б

изг

может быть больше и меньше единицы, где Т изг — базовая трудоемкость с большой долей ручного труда при намотке композитной оболочки базового радиуса Яб, соответствующей давлению 50 атм.

Выражая коэффициент Ам0 =уЦзТизг/Яб, представим целевую функцию для оптимиза-

ции параметров унифицированных БВД в сле дующем виде:

13

Си = Цм М£к.м + Пб

Яб

1 "К?)и Тизг +УК1Тизг-3

Яб3

Удобство выбора такой целевой функции состоит также и в том, что при проведении исследований можно с помощью коэффициентов > 1, < 1, > 1 учесть инфляционные процессы, тенденции совершенствования технологий получения исходного сырья и повышения средней заработной платы рабочих. В этом случае окончательно целевая функция

Си =^0 \ ^ЦмМ£к.м + ^бПб

Яб

+ УК1Т ибз^--

Яб

1/и

1 " К? ) Тизг +

(10)

Исследование проведем в предположении, что стоимость препрега из углеродного волокна составляет = 2 100 руб./кг, стоимость 1 минуты рабочего времени при ручной намотке — 6,25 руб./мин. Расчеты показали, что предложенная модель обеспечивает существование оптимальных решений (рис. б).

Расчеты показали, что слабая автоматизация намоточного оборудования а1 < 0,25 при его умеренной стоимости (у < 1) практически не влияет на массу и себестоимость изготовления композитной оболочки комбинированных БВД. Определяющим параметром является уровень энергии, запасенной сжатым газом (рис. 4).

Недостаток полученного результата состоит в том, что доля стоимости материала доминирует в себестоимости композитной оболочки, что определяет малую чувствительность целевой функции к особенностям технологического решения. В связи с этим представляет интерес проведение оптимизации технологического

л „

В § I

р § ®

Р о о 8 8 0

о я

10,0 9,5 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0

—т"

0

200

400

600

800

Давление, атм

Рис. 3. Зависимость себестоимости изготовления композитной оболочки комбинированного БВД с запасенной энергией 5 МДж от давления при а! = 0,25: 1 — и = 1; 2 — и = 0,75

1000

я s

и

100

3 5 7 9

Запасенная энергия, МДж

а

1000

3 5 7

Запасенная энергия, МДж

б

Запасенная энергия, МДж в

Рис. 4. Рабочее давление (а), минимальные технологические затраты (б) и масса композитной оболочки (в) при использовании технологических затрат в качестве целевой функции

решения, исключив из целевой функции затраты на материал:

Сит - №Цз

(1 -к? )1/иТиЗГ +укТибзг R3 R6

. (11)

При ^о = = 1 получаем более осмысленное решение, из которого следует, что автоматизация оборудования требует увеличения рабочего давления (см. рис. 4, а). Автоматизация оборудования сокращает технологические затраты на намотку на = 40...50% (см. рис. 4, б), при этом масса композитной оболочки уменьшается на 5лн = ря(1 -0,583|т)/(2адг) % (см. рис. 4, в).

Результаты расчетов показывают также, что дальнейшего уменьшения технологических затрат можно достичь, снижая стоимость автоматизированного оборудования.

Представляет значительный интерес анализ соответствия значений окружных и меридиа-нальных напряжений в композитной оболочке условию их равенства при нагружении сферической оболочки внутренним давлением. Опре-

делим угол армирования 6 его слоя композитной оболочки с угловыми координатами ц„ в произвольной точке с угловой координатами цт, используя схему, представленную на рис. 5. Наматываемая лента зоны п пересекает границу зоны намотки с индексом m в точке С. Плоскости намотки зон m и n образуют с вертикальной осью углы цт и ц n.

В горизонтальной плоскости, проходящей через точку А , положение точки С задается углом ф. Из геометрических построений (рис. 5, а) координаты точки С можно выразить через угловые координаты

íxc - yetg Цп; [ye - R cosЦт.

С другой стороны из рис. 5, б имеем

\r - R sin цт;

I xc - R sin цт sinф.

A L У В - О' \

X 1 о

Рис. 5. Схема расчета углов армирования в зонах намотки шар-баллона: ОА, ОВ — следы плоскостей намотки в зонах т и п (т > п); О Л — след границы зоны намотки с индексом т

Отсюда точка пересечения С соответствует угловой координате

sin ф = ctg |im tg |.

Единичные вектора, касательные в точке С и лежащие в плоскостях с координатами |m, |П , можно записать в следующем виде:

{Пф = Пфх^' ^ Пфу j ^ пфгк; na = naxí ^ Пау j ^ nazk,

где

Пфх =-COS sin ф; Пах = sin |m sin |„;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Нфу — sin 1 m ; Пау — sin Цт Cos Цп ;

Пфz =-cos|m cosф; naz =-COs|m.

Тогда угол армирования 6nm композитной оболочки в зоне n и на границе зоны намотки m определим с помощью соотношения

COs 0nm = ( пфпа ) = ПфxПаx ^ ПфyПay ^ ПфzПaz.

Используя подход, примененный при выводе формулы (5) и пренебрегая влиянием прочности матрицы композиционного материала, можно получить приближенную зависимость для отношения напряжений

m-1

X sin|n0 sin0П

G0 _ n=1_

m X cos |n0 cos 0nm

n=1

Пример зависимости отношения от угловой координаты цт для композитной оболочки с количеством зон намотки N = 15 представлен на рис. 6.

Анализ зависимости a0 / am = f (|m, N) показывает, что она носит немонотонный характер, который описывается линейным уравнением регрессии.

Обобщая результаты расчетов для N = 5, 10,

ae/a,

= f (|m , N) . (12)

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Н™

Угловая координата зоны намотки

Рис. 6. Зависимость отношения напряжений сте/стт от угловой координаты для композитной оболочки с намотки N = 15

1,00 У н 0,95 0,90

,8,0,85 || 0,80 0,75 0,70

•е ■е

й

5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 Число зон намотки

Рис. 7. Значение коэффициента регрессии при увеличении числа зон намотки: --аппроксимация; ♦ — расчет

15, 20, 25, можно утверждать, что немонотонность зависимости снижается при увеличении числа зон намотки. На это указывает характер изменения коэффициента регрессии при увеличении числа зон намотки, представленный на рис. 7.

Обобщенное уравнение регрессии представим в виде

G т

= 0,583025|m,

где среднее значение коэффициента регрессии Я2 = 0,91.

Полученная зависимость определяет необходимое распределение толщины лейнера по угловой координате

S лн =-

-R (1 - 0,583|т

Выводы

1. В качестве критериев оптимизации конструктивно-технологических параметров БВД с комбинированной конструкцией могут выступать и себестоимость, и технологические затраты на намотку композитной оболочки без стоимости материалов. При значительной стоимости применяемых материалов второй критерий оказывается более чувствительным.

2. Значительного сокращения производственных затрат следует ожидать при глубокой автоматизации намоточного оборудования и умеренном росте его стоимости.

б. При зональной намотке композитной оболочки БВД комбинированной конструкции окружные напряжения имеют меньшие значения по сравнению с меридианальными напряжениями. Разница напряжений нарастает от экваториальной плоскости к штуцерам.

4. Для зональной намотки композитной оболочки БВД комбинированной конструкции характерно колебание значений меридианаль-ных напряжений по угловой координате. Ам-

плитуда колебания увеличивается при уменьшении числа зон намотки.

нера в области штуцера должна выбираться из условия сопротивления окружным нагрузкам. Рекомендуется использовать полученный закон изменения толщины лейнера.

5. Для обеспечения равнопрочности БВД комбинированной конструкции толщина лей-

Литература

[1] Тарасов В. А., Бараев А.В., Филимонов А.С., Боярская Р.В. Конструкторско-техноло-

гические основы унификации параметров цельнометаллических баллонов высокого давления в ракетно-космическом машиностроении. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2014, № 5, с. 70-84.

[2] Васильев В.Н. Организация производства в условиях рынка. Москва, Машиностроение,

3] ГОСТ 23945.0-80. Унификация изделий. Основные положения. Москва, Стандарт-информ, 1991. 7 с.

4] Антонов Г.А. Основы стандартизации и управления качеством продукции. Санкт-Пе-

тербург, Изд-во СПБУЭФ, 2011. 684 с.

5] Мартино Дж. Технологическое прогнозирование. Москва, Наука, 1997. 460 с.

6] Семенов Г.Е. Разработка процессно-ориентированного подхода к моделированию орга-

низационно-технологических видов деятельности в производственных системах. Дисс. ... канд. техн. наук. Москва, 2003. 144 с.

7] Цырков Г.А. Разработка методики комплексной автоматизации информационного

сопровождения процессов подготовки производства сложных технических систем. Дисс. ... канд. техн. наук, Москва, 2010. 151 с.

8] Р 50.1.027-2001. Рекомендации по стандартизации. Информационные технологии под-

держки жизненного цикла продукции. Автоматизированный обмен технической информацией. Основные положения и общие требования. Москва, Стандартинформ,

9] Р 50.1.028-2001. Рекомендации по стандартизации. Информационные технологии под-

держки жизненного цикла продукции. Методология функционального моделирования. Москва, Стандартинформ, 2002. 78 с.

10] Р 50.1.031-2001. Рекомендации по стандартизации. Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Терминологический словарь. Часть 1: Стадии жизненного цикла продукции. Москва, Стандартинформ, 2002. 36 с.

11] Островерх А.И. Основные принципы совершенствования организационно-технологического сопровождения производственных процессов в машиностроении. Дисс. ... д-ра техн. наук. Москва, 2007. 287 с.

12] Касаев К.С. ред. Новые наукоемкие технологии в технике: Энциклопедия. Т. 12. Технологическое обеспечение сложных технических систем. Часть 1. Москва, ЗАО НИИ «ЭНЦИТЕХ», 1998. 396 с.

13] Клименко Ю., Лысый С., Медушевский Л. Международная стандартизация коммерческой ракетно-космической техники. Электроника: наука, технология, бизнес, 2001, № 5, с. 74.

14] Филатов А.Н., Стерликов К.В., Микушкина С.М. Технология нисходящего проектирования изделий РКТ, основанная на решениях компании PTC. Рациональное управление предприятием, 2013, № 2, с. 46-49.

15] Прудников В.А. Методика системного проектирования комплекса средств технологического оснащения для испытаний агрегатов систем управления ракетно-космической техники на этапе производства. Дисс. ... канд. техн. наук. Москва, 2006. 150 с.

16] Петров А.В. Моделирование организационно-технологической среды создания ракетно-космической техники. Москва, Машиностроение, 1999. 318 с.

17] Островерх А.И., Сычев В.Н., Цырков А.В. Реинжиниринг системы организационно-технологического сопровождения процессов производства ракетно-космической техники. Технология машиностроения, 2006, № 8, с. 88-91.

18] Шенаев М.О. Разработка методики и средств организации технической подготовки серийного производства пневмогидравлических систем изделий авиационной техники. Дисс. ... канд. техн. наук. Москва, 2009. 146 с.

1993. 368 с.

2001. 39 с.

[19] Aeronautics and space within the Air Liquide Group (2009) URL: http://www.airliquide.com/file/otherelementcontent/pj/dp%20juin%2009%20ven55801.pdf (дата обращения 2 ноября 2014).

[20] Избранные главы по авиа- и ракетостроению (в конспектах лекций). Москва, Наука и технологии, 2005. 850 с.

[21] Медведев А.А. Унификация, как средство обеспечения низкой удельной стоимости и повышения надежности выведения полезной нагрузки ракетами-носителями. XXX академические чтения по космонавтике. Москва, 2009, с. 252-253.

[22] Семенов Г.Е. Методика конструктивно-технологической отработки газодинамических систем изделий РКТ. Тез. докл. Междунар. молодеж. науч. конф. XXVI Гагарин-ские чтения, Москва, 11-15 апреля 2000 г. Москва, МАТИ, 2000, 237 с.

[23] Ryan Gehm. Scorpius Space Launch propels all-composite tanks forward. SAE International, 2008. URL: http://articles.sae.org/2866/ (дата обращения 24 ноября 2014).

[24] Patrick Ponticel. Manufacturing technology combo a first for aerospace. SAE International, 2010. URL: http://articles.sae.org/7376/ (дата обращения 24 ноября 2014).

[25] Matthew Monaghan. NASA picks Boeing for composite cryogenic propellant tank tests. SAE International, 2011. URL: http://articles.sae.org/10275/ (дата обращения 24 ноября 2014).

[26] Комков М.А., Тарасов В.А. Технология намотки композитных конструкций ракет и средств поражения. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 431 с.

References

[1] Tarasov V.A., Baraev A.V., Filimonov A.S., Boiarskaia R.V. Konstruktorsko-tekhno-logicheskie osnovy unifikatsii parametrov tsel'nometallicheskikh ballonov vysokogo davleniia v raketno-kosmicheskom mashinostroenii [Design-Engineering Principles of Standardization of Characteristics of Solid-Metal High-Pressure Tanks in Rocket and Space Machine Building]. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Mashinostroenie [Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Mechanical Engineering]. 2014, no. 5, pp. 7084.

[2] Vasil'ev V.N. Organizatsiia proizvodstva v usloviiakh rynka [Organization of production in

the market]. Moscow, Mashinostroenie publ., 1993. 368 p.

[3] GOST 23945.0-80. Unifikatsiia izdelii. Osnovnye polozheniia [GOST 23945.0-80. Unification

of products. The main provisions]. Moscow, Standartinform publ., 1991. 7 p.

[4] Antonov G.A. Osnovy standartizatsii i upravleniia kachestvom produktsii [Fundamentals of

standardization and quality control]. Sankt-Peterburg, St. Petersburg State University of Economics publ., 2011. 684 p.

[5] Martino J.P. Technological forecasting for decision making. Hardcover. 2nd ed. Elsevier Sci-

ence Ltd, 1983. 404 p. (Russ. Ed.: Martino Dzh. Tekhnologicheskoe prognozirovanie. Moscow, Nauka publ., 1997. 460 p.).

[6] Semenov G.E. Razrabotka protsessno-orientirovannogo podkhoda k modelirovaniiu organi-

zatsionno-tekhnologicheskikh vidov deiatel'nosti v proizvodstvennykh sistemakh. Diss. kand. tekhn. nauk. [Development of a process-oriented approach to the modeling of organizational and technological activities in manufacturing systems. Cand. tech. sci. diss.]. Moscow, 2003. 144 p.

[7] Tsyrkov G.A. Razrabotka metodiki kompleksnoi avtomatizatsii informatsionnogo so-provozhdeniia protsessov podgotovki proizvodstva slozhnykh tekhnicheskikh system. Diss. kand. tekhn. nauk. [Development of methodology for complex automation of information support of the processes of production preparation for complex technical systems. Cand. tech. sci. diss.]. Moscow, 2010. 151 p.

[8] R 50.1.027-2001. Rekomendatsii po standartizatsii. Informatsionnye tekhnologii podderzhki

zhiznennogo tsikla produktsii. Avtomatizirovannyi obmen tekhnicheskoi informatsiei. Osnovnye polozheniia i obshchie trebovaniia [P 50.1.027-2001. Recommendations for standardization. Information technology support for the product lifecycle. Automated exchange of technical information. Fundamentals and general requirements]. Moscow, Standartinform publ., 2001. 39 p.

[9] R 50.1.028-2001. Rekomendatsii po standartizatsii. Informatsionnye tekhnologii podderzhki

zhiznennogo tsikla produktsii. Metodologiia funktsional'nogo modelirovaniia [P 50.1.0272001. Continuous acquisition and life-cycle support. Methodology of functional modeling]. Moscow, Standartinform publ., 2002. 78 p.

[10] R 50.1.031-2001. Rekomendatsii po standartizatsii. Informatsionnye tekhnologii podderzhki zhiznennogo tsikla produktsii. Terminologicheskii slovar'. Chast' 1 Stadii zhiznennogo tsikla produktsii [P 50.1.031-2001. Continuous acquisition and life-cycle support. Glossary. Part 1. Product life-cycle stages]. Moscow, Standartinform publ., 2002. 36 p.

[11] Ostroverkh A.I. Osnovnye printsipy sovershenstvovaniia organizatsionno-tekhnologicheskogo soprovozhdeniia proizvodstvennykh protsessov v mashinostroenii. Diss. dokt. tekhn. nauk. [Fundamentals for improved organizational and technological support of production processes at machinery production. Dr. tech. sci. diss.]. Moscow, 2007. 287 p.

[12] Novye naukoemkie tekhnologii v tekhnike: Entsiklopediia. T. 12. Tekhnologicheskoe obespech-enie slozhnykh tekhnicheskikh sistem. Chast' 1 [New high technologies in engineering: Encyclopedia. Vol. 12. Technological support of complex technical systems. Pt 1]. Ed. Kasaev K.S. Moscow, ZAO NII «ENTsITEKh» publ., 1998. 396 p.

[13] Klimenko Iu., Lysyi S., Medushevskii L. Mezhdunarodnaia standartizatsiia kommercheskoi raketno-kosmicheskoi tekhniki [International Standardization of Commercial Cosmic-Missile Systems]. Elektronika: nauka, tekhnologiia, biznes [Electronics: Science, Technology, Business]. 2001, no. 5, p. 74.

[14] Filatov A.N., Sterlikov K.V., Mikushkina S.M. Tekhnologiia niskhodiashchego proektiro-vaniia izdelii RKT, osnovannaia na resheniiakh kompanii PTC [Technology top-down design of aerospace hardware-based solutions of PTC]. Ratsional'noe upravleniepredpriiatiem [Rational Enterprise Management]. 2013, no. 2, pp. 46-49.

[15] Prudnikov V.A. Metodika sistemnogo proektirovaniia kompleksa sredstv tekhnologicheskogo osnashcheniia dlia ispytanii agregatov sistem upravleniia raketno-kosmicheskoi tekhniki na etape proizvodstva. Diss. kand. tekhn. nauk. [Methodology of system design for complex of technological equipment means for testing of control systems aggregates of space rocket engineering at the production stage. Cand. tech. sci. diss.]. Moscow, 2006. 150 p.

[16] Petrov A.V. Modelirovanie organizatsionno-tekhnologicheskoi sredy sozdaniia raketno-kosmicheskoi tekhniki [Modeling organizational and technological environment of rocket and space technology]. Moscow, Mashinostroenie publ., 1999. 318 p.

[17] Ostroverkh A.I, Sychev V.N., Tsyrkov A.V. Reinzhiniring sistemy organizatsionno-tekhnologicheskogo soprovozhdeniia protsessov proizvodstva raketno-kosmicheskoi tekhniki [Reengineering of organizational and technological support of production processes rocket and space technology]. Tekhnologiia mashinostroeniia [Engineering Technology]. 2006, no. 8, pp. 88-91.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

[18] Shenaev M.O. Razrabotka metodiki i sredstv organizatsii tekhnicheskoi podgotovki seriinogo proizvodstva pnevmogidravlicheskikh sistem izdelii aviatsionnoi tekhniki. Diss. kand. tekhn. nauk [Development of methods and means of the organization of technical training for full-scale production of pneumatic hydraulic systems for aeronautical engineering products. Cand. tech. sci. diss.]. Moscow, 2009. 146 p.

[19] Aeronautics and space within the Air Liquide Group (2009). Available at: http://www.airliquide.com/file/otherelementcontent/pj/dp%20juin%2009%20ven55801.pdf (accessed 2 November 2014).

[20] Chumadin A.S., Ershov V.I., Barvinok V.A., Agamirov L.V., Andreevskaia Iu.S., Asta-pov V.Iu., Bogdanovich V.I., Boiarskaia R.V., Gavrilin V.D., Galkin V.I., Dolotov B.I., Ivanov Iu.L., Kirilin A.N., Kiselev A.I., Kozlova O.V., Komarov A.A., Koptev A.N., Ku-lakov G.A., Makarov K.A., Mar'in B.N., Moiseev V.K., Rusin M.Iu., Semashko N.A., Sviri-dov A.N., Tarasov V.A., Filimonov A.S., Tsyrkov A.V. Izbrannye glavy po avia- i raketo-stroeniiu (v konspektakh lektsii) [Selected chapters on aircraft and rocket (in the lecture notes)]. Moscow, Nauka i tekhnologii publ., 2005. 850 p.

[21] Medvedev A.A. Unifikatsiia, kak sredstvo obespecheniia nizkoi udel'noi stoimosti i po-vysheniia nadezhnosti vyvedeniia poleznoi nagruzki raketami-nositeliami [Unification as a means of providing a low unit cost and improve the reliability of launch payload launcher]. 30 akademicheskie chteniia po kosmonavtike [30 Academic Conference on Astronautics].

Moscow, Komissiia RAN po razrabotke nauchnogo naslediia pionerov osvoeniia kosmich-eskogo prostranstva publ., 2009, pp. 252-253.

[22] Semenov G.E. Metodika konstruktivno-tekhnologicheskoi otrabotki gazodinamicheskikh sistem izdelii RKT [Methodology of constructive-process for gas-dynamic systems of products of rocket space engineering (RSE)]. Tezisy dokladov Mezhdunarodnoi molodezhnoi nauchnoi konferentsii «26 Gagarinskie chteniia», Moskva, 11-15 aprelia 2000 g. [Abstracts of the International Youth Conference «26 Gagarin readings», Moscow, 11-15 April 2000]. Moscow, MATI publ., 2000. 237 p.

[23] Ryan Gehm. Scorpius Space Launch propels all-composite tanks forward. SAE International, 2008. Available at: http://articles.sae.org/2866/ (accessed 24 November 2014).

[24] Patrick Ponticel. Manufacturing technology combo a first for aerospace. SAE International, 2010. Available at: http://articles.sae.org/7376/ (accessed 24 November 2014).

[25] Matthew Monaghan. NASA picks Boeing for composite cryogenic propellant tank tests. SAE International, 2011. Available at: http://articles.sae.org/10275/ (accessed 24 November 2014).

[26] Komkov M.A., Tarasov V.A. Tekhnologiia namotki kompozitnykh konstruktsii raket i sredstv porazheniia [Technology winding composite structures missiles and weapons]. Moscow, Bauman Press, 2011. 431 p.

Информация об авторах

ТАРАСОВ Владимир Алексеевич (Москва) — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Технологии ракетно-космического машиностроения». МГТУ им. Н.Э. Баумана (105005, Москва, Российская Федерация, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1, e-mail: [email protected]).

БАРАЕВ Алексей Викторович (Москва) — заместитель генерального директора по научной работе ФГУП «НПО «Техномаш» (127018, Москва, Российская Федерация, 3-й пр-д Марьиной Рощи, д. 40).

КОМКОВ Михаил Андреевич (Москва) — доктор технических наук, профессор кафедры «Технологии ракетно-космического машиностроения». МГТУ им. Н.Э. Баумана (105005, Москва, Российская Федерация, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1, e-mail: [email protected]).

Статья поступила в редакцию 01.12.2014 Information about the authors

TARASOV Vladimir Alekseevich (Moscow) — Dr. Sc. (Eng.), Professor, Head of «Technology of Rocket-and-Space Engineering» Department. Bauman Moscow State Technical University (BMSTU, building 1, 2-nd Baumanskaya str., 5, 105005, Moscow, Russian Federation, e-mail: [email protected]).

BARAEV Aleksey Viktorovich (Moscow) — Deputy Director General for Research. Federal State Unitary Enterprise «Scientific & Production Association «Tekhnomash» (3-y Maryinoy Roshchi proyezd, 40, 127018, Moscow, Russian Federation).

KOMKOV Mikhail Andreevich (Moscow) — Dr. Sc. (Eng.), Professor of «Technology of Rocket-and-Space Engineering» Department. Bauman Moscow State Technical University (BMSTU, building 1, 2-nd Baumanskaya str., 5, 105005, Moscow, Russian Federation, e-mail: [email protected]).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.