Методика снижения материалоемкости хвостовых отсеков ракет-носителей

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2020.03.027
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Выпуск Том 23, № 3, 2020 (сентябрь)
Страницы 27–36

 

Авторы

М. А. Дегтярев, Государственное предприятие «Конструкторское бюро «Южное» им. М. К. Янгеля» (49008, Украина, г. Днепр, ул. Криворожская, 3)

А. П. Дзюба, Государственное предприятие «Конструкторское бюро «Южное» им. М. К. Янгеля» (49008, Украина, г. Днепр, ул. Криворожская, 3), ORCID: 0000-0001-6331-7783

К. В. Аврамов, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: kvavramov@gmail.com, ORCID: 0000-0002-8740-693X

В. Н. Сиренко, Государственное предприятие «Конструкторское бюро «Южное» им. М. К. Янгеля» (49008, Украина, г. Днепр, ул. Криворожская, 3), e-mail: v.n.sirenko@i.ua, ORCID: 0000-0002-8152-2358

 

Аннотация

Разработана методика снижения материалоемкости высоконапряженных хвостовых отсеков ракет-носителей с учетом ограничений прочности, устойчивости и технологических требований. В качестве расчетной схемы хвостового отсека принимается оребренная в продольном и поперечном направлениях вафельная цилиндрическая оболочка с прямоугольными отверстиями, нижний торец которой защемлен в местах расположения опорных кронштейнов, а верхний нагружен равномерно распределенными по контуру продольными сжимающими усилиями от действия веса вышерасположенных элементов конструкции. Алгоритм оптимизации построен по принципу обеспечения дискретной равнопрочности отдельных элементов (подконструкций). Конструктивные геометрические размеры сечений штатного хвостового отсека и жесткостные параметры продольного и поперечного силовых наборов, толщины стенок оболочечных элементов, размеры вафельных обечаек и др., выбираются из требований прочностной надежности: ограничений предельных значений эквивалентных напряжений (условий прочности), сжимающих напряжений местной и общей потери устойчивости и целого ряда конструктивных и технологических требований. Прямой расчет хвостового отсека и отыскание его варьируемых геометрических параметров предлагается осуществлять с использованием  интерактивного численно-аналитического (метод конечных элементов – инженерный анализ) алгоритма. Первоначальный расчет статического напряженно-деформируемого состояния вафельного хвостового отсека производился методом конечных элементов, который реализован в пакете NASTRAN. Для дискретизации оболочки и ее оребрения использовались плоские конечные элементы. В процессе конечноэлементного численного моделирования состояния хвостового отсека производился анализ достоверности полученных результатов расчета эквивалентных напряжений путем исследования процессов сходимости результатов расчетов на серии сеток с разным измельчением. Приведены результаты применения разработанной методики к снижению веса штатного хвостового отсека ракеты-носителя «Антарес».

 

Ключевые слова: ракета-носитель, хвостовой отсек, материалоемкость, напряженно-деформированное состояние.

 

Полный текст: загрузить PDF

 

Литература

  1. Дегтярев А. В. Ракетная техника. Проблемы и перспективы: избр. науч. техн. публ. Днепропетровск: АРТ-ПРЕСС, 2014. 420 с.
  2. Моссаковский В. И., Макаренков А. Г., Никитин П. И., Савин Ю. И., Спиридонов И. Н. Прочность ракетных конструкций. М.: Высш. шк., 1990. 358 с.
  3. Балабух Л. И., Колесников К. С., Зарубин В. С., Алфутов Н. А., Усюкин В. И., Чижов В. Ф. Основы строительной механики ракет. М.: Высш. шк., 1969. 496 с.
  4. Усюкин В. И. Строительная механика конструкций космической техники. М.: Машиностроение, 1988. 392 с.
  5. Куренков В. И., Юмашев Л. П. Выбор основных проектных характеристики конструктивного облика ракет носителей. Самара: Самар. аэрокосм. ун-т, 2005. 240 с.
  6. Degtyarev M. A., Avramov K. V. Numerical simulation of the stress-strain state of the rocket pretention module. Strength Materials. 2019. Vol. 51. Iss. 5. P. 707–714. https://doi.org/10.1007/s11223-019-00119-z.
  7. Degtyarev M. А., Shapoval A. V., Gusev V. V., Avramov K. V., Sirenko V. N. Structural optimization of waffle shell sections in launch vehicles. Strength Materials. 2019. Vol. 51. Iss. 2. P. 223–230. https://doi.org/10.1007/s11223-019-00068-7.
  8. Лизин В. Т., Пяткин В. А. Проектирование тонкостенных конструкций. М.: Машиностроение, 1985. 344 с.
  9. Маневич А. И. Устойчивость и оптимальное проектирование подкрепленных оболочек. Киев; Донецк: Вища шк., 1979. 152 с.
  10. Строительная механика летательных аппаратов / И. Ф. Образцов и др. М.: Машиностроение, 1986. 536 с.
  11. Малков В. П., Угодчиков А. Г. Оптимизация упругих систем. М: Наука, 1981. 288 с.
  12. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир, 1975. 534 с.
  13. Дзюба А. П., Сіренко В. М., Дзюба А. А., Сафронова І. А. Моделі та алгоритми оптимізації елементів неоднорідних оболонкових конструкцій. Актуальні проблеми механіки: монографія / під ред. М. В. Полякова. Д.: Ліра, 2018. С. 225–243.
  14. Hudramovich V. S., Dzyuba A. P. Contact interaction and optimization of locally loaded shell structures. J. Math. Sci. 2009. Vol. 162. P. 231–245. https://doi.org/10.1007/s10958-009-9634-5.
  15. Гудрамович В. С., Гарт Э. Л., Клименко Д. В., Тонконоженко А. М., Рябоконь С. А. Конечно-элементный анализ упруго-пластического напряжённо-деформированного состояния отсеков ракетных конструкций с вырезами. Tехн. механика. 2011. Т. 4. С. 52–61.
  16. Разани Р. Поведение равнонапряженной конструкции и ее отношение к конструкции минимального веса. Ракет. техника и космонавтика: Тр. Америк. ин-та аэронавтики и космонавтики. 1965. Т. 12. С. 115–124.
  17. Кармишин А. В., Лясковец В. А., Мяченков В. И., Фролов А. Н. Статика и динамика тонкостенных оболочечных конструкций. М.: Машиностроение, 1975. 376 с.
  18. Degtyarev M. A., Danchenko V. G., Shapoval A. V., Avramov K. V. Experimental strength analysis of variable stiffness waffle-grid cylindrical compartments. Part 1. Experimental procedure. J. Mech. Eng. 2019. Vol. 22. No. 1. P. 33–36. https://doi.org/10.15407/pmach2019.01.033.
  19. Degtyarev М. А., Danchenko V. G., Shapoval A. V., Avramov K. V. Experimental strength analysis of variable stiffness waffle-grid cylindrical compartments. Part 2. Analysis results. J. Mech. Eng. 2019. Vol. 22. No. 2. P. 31–36. https://doi.org/10.15407/pmach2019.02.031.

 

Поступила в редакцию 30 апреля 2020 г.

Принята в печать