CC BY
57Фешетневс—ие чтения. 2016
Рис. 3. Схема второй ступени с торовым баком горючего
В результате проделанной работы была спроектирована баллистическая ракета с заданными проектными параметрами, к которой впоследствии были предприняты действия по улучшению массогабарит-ных характеристик.
Библиографические ссылки
1. Технология изготовления обтекателей из композиционных материалов / В. В. Василенко, Я. С. Карпов, С. П. Кривенда, М. Ю. Русин, М. А. Шевцова ; Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т». Харьков, 2005. 48 с.
2. Проектирование и конструирование баллистических ракет и ракет-носителей / Н. А. Тестоедов, В. В. Кольга, Л. А. Семенова ; под ред. Н. А. Тестое-дова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. 308 с.
3. Усолкин Ю. Ю. Проектирование головных частей баллистических ракет / Южно-Уральск. гос. ун-т. Челябинск, 2005. 41 с.
4. Русин М. Ю. Проектирование головных обтекателей ракет из керамических и композиционных материалов. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. 64 с.
5. Основы устройства ракет / А. И. Шулепов, М. А. Петровичев, А. А. Панков ; Самар. гос. аэрокосмич. ун-т им. С. П. Королева (нац. исслед. ун-т). Самара, 2012.
References
1. Tekhnologiya izgotovleniya obtekateley iz kompozitsionnykh materialov [Manufacturing technology of fairings made of composite materials] / V. V. Vasi-lenko, J. S. Karpov, S. P. Krivenda, M. Yu. Rusin, M. A. Shevtsova ; National aerospace University «Kharkiv aviation Institute». Kharkiv, 2005. 48 p.
2. Proektirovanie i konstruirovanie ballisticheskikh raket i raket-nositeley [Design and construction of ballistic missiles and rockets] / N. A. Testoedov, V. V. Kolga, L. A. Semenova ; ed. N. A. Testoedov ; Siberian state aerospace University. Krasnoyarsk, 2013. 308 p.
3. Proektirovanie golovnykh chastey ballisticheskikh raket [Design of the warheads of ballistic missiles] Y. Y. Usolkin ; South Ural State University. Chelyabinsk, 2005. 41 p.
4. Proektirovanie golovnykh obtekateley raket iz keramicheskikh i kompozitsionnykh materialov [Design of missiles warhead fairings from ceramic and composite materials] / M. Y. Rusin. M. : MSTU of N. E. Bauman, 2005. 64 p.
5. Osnovy ustroystva raket [Basics for design of rockets]. A. I. Shulepov, M. A. Petrovichev, A. A. Pankov ; Samara state aerospace University. S. P. Korolev (National research University). Samara, 2012.
© Замятин Д. А., Кольга В. В., 2016
УДК 629.78
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ КОНФИГУРАЦИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АНИЗОГРИДНОЙ КОНСТРУКЦИИ
О. А. Исеева1, Ю. С. Кравченко1, В. В. Савицкий1, Г. Г. Крушенко2, Е. Г. Пацкова1
1АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассмотрен выбор параметров при проектирования анизогридной конструкции в составе КА, подверженной воздействиям осевой и перерезывающих сил, изгибающих моментов, а также локальных сосредоточенных нагрузок.
Ключевые слова: анизогридная силовая труба, космический аппарат, сетчатая конструкция, жесткость, прочность, нагрузки.
проектирование и производство летательных, аппаратов, космические исследования и проекты
SELECTING THE BEST CONFIGURATION TO DESIGN ANIZOGRID STRUCTURE
O. A. Iseeva1, Yu. S. Kravchenko1, V. V. Savitskiy1, G. G. Krushenko2, E. G. Patskova1
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The research describes a configuration of designing anizogrid body as a part of a spacecraft exposed to axial and shear forces, bending moments and concentrated local loads.
Keywords: anizogrid body tube, spacecraft, grid structure, hardness, strength, load.
При эксплуатации аиизогридиая силовая труба (ACT) в составе КА подвергается комплексным воздействиям распределенных переменных по длине осевой и перерезывающих сил, изгибающих моментов, а также сосредоточенных нагрузок со стороны элементов крепления приборов и оборудования [1]. Действие этих нагрузок приводит к возникновению отличающихся в разных частях оболочки напряжений в ребрах сетчатой структуры. Для обеспечения необходимой прочности и жесткости конструкция оптимизируется с точки зрения количества, расположения и сечения ребер. При этом обеспечиваются требуемые прочностные характеристики конструкции при минимальной массе.
Для цилиндрических оболочек с сетчатой структурой существуют аналитические зависимости по выбору оптимальных параметров при действии сжимающих нагрузок, обеспечивающих минимальную массу при достаточной прочности, местной и общей устойчивости [2]. При этом, как правило, запасы прочности при действии растягивающих нагрузок обеспечиваются. В отличие от цилиндрических сетчатых оболочек, проектируемых из условия прочности и устойчивости, к рассматриваемым конструкциям дополнительно предъявляются требования по осевой и изгиб-ной жесткостям. Дополнительные требования по осевой и изгибной жесткости к оболочкам с сетчатой структурой усложняют задачу оптимизации. Для ряда сетчатых конструкций требование по осевой жесткости обеспечивается оптимальными параметрами по прочности и устойчивости при использовании высокомодульного углепластика [3].
Исходные данные:
1. Геометрические размеры: внутренний радиус 593,5 мм; общая длина 1 567 мм.
2. Нагрузки: наибольшая расчетная эквивалентная осевая сжимающая сила, рассчитанная согласно равенствам [4] составляет 531 кН:
P Ps2
ас =--^""Г, ак =--,
2%Dhbcc2 2nDhbKc2
где стс, ак - напряжение в спиральных/ кольцевых ребрах; P - сила осевого сжатия; h - высота ребер; D - диаметр цилиндрической оболочки; с = cos9; s = sin9; Sc = 8с / ac; 8к = 8к / ак ; 8с, 5к - ширина спиральных/ кольцевых ребер; ас, ак - расстояния между
спиральными (по нормам к оси ребра)/ кольцевыми ребрами.
3. Требования по жесткости: поперечное перемещение верхнего шпангоута не более 2,2 мм под действием поперечной силы 60 кН, приложенной на расстоянии 1 750 мм от плоскости разделения; продольное перемещение верхнего шпангоута не более 1,8 мм под действием осевой сжимающей силы 354 кН.
По результатам испытаний образцов были определены механические характеристики ребер на основе углеродных волокон M46J: модуль упругости вдоль ребра 180 ГПа; прочность ребра при сжатии 480 МПа. Запас по прочности должен составлять не менее 1,25.
В соответствии с числом точек крепления на торцах было выбрано число пар спиральных ребер 32. Результаты проектного расчета приведены на рис. 1-4.
20 25 30 35 40 45
Рис. 1. Зависимость массы сетчатой структуры от угла наклона ребер
20 25 30 35 40 45
Рис. 2. Зависимость параметров сетчатой структуры от угла наклона ребер
Решетневские чтения. 2016
0L 20
Рис. 3. Зависимость запасов прочности и устойчивости от угла наклона ребер
пппавшапаашпсшпшпсшпшсшсшп
Рис. 4. Зависимость жесткостных характеристик корпуса от угла наклона ребер
Определяющим является ограничение по поперечной жесткости конструкции. Запасы по прочности и устойчивости составляют не менее двух. По результатам проектного расчета выбраны следующие параметры сетчатой структуры: число пар спиральных ребер nc = 32; угол наклона спиральных ребер к образующей ф = 24,5°; высота ребер h = 21 мм; ширина спиральных ребер 8с = 6 мм; ширина кольцевых ребер 8к = 3 мм.
Учитывая особенности сетчатых конструкций, можно сделать вывод, что выбор оптимальной конфигурации ACT при проектировании приводит к положительным результатам в области решения таких задач, как снижение массы конструкции и обеспечение размеростабильности, прочности и жесткости при эксплуатации [5].
Библиографические ссылки
1. Пат. 2392122 Российская Федерация C1 МПК В32В 1/08(2006.01) В32В3/12(2006.01) В64С1/00(2006.01) В64G1/22(2006.01) Сетчатая оболочка вращения из композиционных материалов / Андронов А. И., Федоров В. В., Никитюк В. А., Разин А. Ф., Васильев В. В., Халиманович В. И. Заявка № 2008144082/11 от 07.07.2009.
2. Азаров А. В. Оптимальное проектирование композитных сетчатых стержневых элементов космических аппаратов // Вопросы оборонной техники. Сер. 15. Композиционные неметаллические материалы в машиностроении. 2007. № 2(147). С. 3-7.
3. Бурнышева T. В., Дудина Ю. А. О решении задачи устойчивости оболочечных конструкций из композиционных материалов // Краевые задачи и математическое моделирование : тематич. сб. науч. ст. В 3 т. T. 2 / НФИ ГОУ ВПО «КемГУ» ; под общ. ред. В. О. Каледина. Новокузнецк : КемГУ, 2010. С. 142149.
4. Бурнышева T. В., Каледин В. О., Миткевич А. Б. Особенности деформирования сетчатых композиционных оболочек при статическом осевом сжатии // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. T. 78, № 11. С. 61-65.
5. Пат. 2153419 Российская Федерация С1 МПК В32В1/08, В32В3/12, В64С1/08, F16L9/12 Сетчатая оболочка вращения (варианты) / Васильев В. В., Ар-тюхов М. С., Разин А. Ф. Заявка № 99104827/28 от 10.03.1999.
References
1. Andronov A. I. et al. Setchataya obolochka vrashcheniya iz kompozitsionnykh materialov [Retina of rotation of composite materials]. Patent RF, no 2392122, 2009.
2. Azarov A. V. [Optimal design of composite mesh beam elements spacecraft] // Voprosy oboronnoy tekhniki, 2007. Ser. 15, no. 147. P. 3-7. (In Russ.)
3. Burnysheva T. V., Dudina Yu. A. [Optimal design of composite mesh beam elements spacecraft] // Kraevye zadachi i matematicheskoe modelirovanie. 2010. Vol. 2, P. 142-149. (In Russ.)
4. Burnysheva T. V., Kaledin V. O., Mitkevich A. B. [Features mesh deformation of composite shells under static axial compression] // Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov. 2012. № 11. P. 61-65 (In Russ.)
5. Vasil'ev V. V. et al. Setchataya obolochka vrashcheniya (varianty) [Mesh shell rotation (options)]. Patent RF, no. 2153419, 1999.
© Исеева О. А., Кравченко Ю. С., Савицкий В. В., Крушенко Г. Г., Пацкова Е. Г., 2016
25
30
35
40
45
x 10
25
30
35
40
45
