Методика снижения материалоемкости хвостовых отсеков ракет-носителей
Ключевые слова:
ракета-носитель, хвостовой отсек, материалоемкость, напряженно-деформированное состояниеАннотация
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».Библиографические ссылки
Degtyarev, A. V. (2014). Raketnaya tekhnika. Problemy i perspektivy [Rocket technology. Problems and prospects]: Selected scientific and technical publications.Dnepropetrovsk: ART-PRESS, 420 p.
Mossakovskiy, V. I., Makarenkov, A. G., Nikitin, P. I., Savin, Yu. I., & Spiridonov, I. N. (1990). Prochnost raketnykh konstruktsiy [Strength of rocket structures].Moscow: Vysshaya shkola, 358 p.
Balabukh, L. I., Kolesnikov, K. S., Zarubin, V. S., Alfutov, N. A., Usyukin, V. I., & Chizhov, V. F. (1969). Osnovy stroitelnoy mekhaniki raket [Fundamentals of structural mechanics of rockets].Moscow: Vysshaya shkola, 496 p.
Usyukin, V. I. (1988). Stroitelnaya mekhanika konstruktsiy kosmicheskoy tekhniki [Structural mechanics of structures of space technology].Moscow: Mashinostroyeniye, 392 p.
Kurenkov, V. I. & Yumashev, L. P. (2005). Vybor osnovnykh proyektnykh kharakteristiki konstruktivnogo oblika raket nositeley [Choice of the main design characteristics of the design of the carrier rockets]. Samara: Samara Aerospace University, 240 p.
Degtyarev, M. A. & Avramov, K. V. (2019). Numerical simulation of the stress-strain state of the rocket pretention module. Strength of Materials, vol. 51, iss. 5, pp. 707–714. https://doi.org/10.1007/s11223-019-00119-z.
Degtyarev, M. А., Shapoval, A. V., Gusev, V. V., Avramov, K. V., & Sirenko, V. N. (2019). Structural optimization of waffle shell sections in launch vehicles. Strength of Materials, vol. 51, iss. 2, pp. 223–230. https://doi.org/10.1007/s11223-019-00068-7.
Lizin, V. T. & Pyatkin, V. A. (1985). Proyektirovaniye tonkostennykh konstruktsiy [Design of thin-walled structures]. Moscow: Mashinostroyeniye, 344 p.
Manevich, A. I. (1979). Ustoychivost i optimalnoye proyektirovaniye podkreplennykh obolochek [Stability and optimal design of reinforced shells]. Kiyev; Donetsk: Vysshaya shkola, 152 p.
Obraztsov, I. F. (Eds.) (1986). Stroitelnaya mekhanika letatelnykh apparatov [Building mechanics of aircraft]. Moscow: Mashinostroyeniye, 536 p.
Malkov, V. P. & Ugodchikov, A. G. (1981). Optimizatsiya uprugikh sistem [Optimization of elastic systems]. Moscow: Nauka, 288 p.
Himmelblau, D. M. (1972). Applied nonlinear programming. New York: McGraw-Hill Education - Europe, 416 p.
Dziuba, A. P., Sirenko, V. M., Dziuba, A. A., & Safronova, I. A. (2018). Modeli ta alhorytmy optymizatsii elementiv neodnoridnykh obolonkovykh konstruktsii [Models and algorithms for optimizing elements of inhomogeneous shell structures]: in Aktualni problemy mekhaniky [Actual problems of mechanics] by Poliakov, M. V. (Eds.). Dnipropetrovsk: Lira, pp. 225–243.
Hudramovich, V. S. & Dzyuba, A. P. (2009). Contact interaction and optimization of locally loaded shell structures. Journal of Mathematical Sciences, vol. 162, pp. 231–245. https://doi.org/10.1007/s10958-009-9634-5.
Gudramovich, V. S., Gart, E. L., Klimenko, D. V., Tonkonozhenko, A. M., & Ryabokon, S. A. (2011). Konechno-elementnyy analiz uprugo-plasticheskogo napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya otsekov raketnykh konstruktsiy s vyrezami [Finite-element analysis of the elastic-plastic stress-strain state of the compartments of rocket structures with cutouts]. Tekhnicheskaya mekhanika – Technical Mechanics, vol. 4, pp. 52–61.
Razani, R. (1965). Behavior of fully stressed design of structures and its relationship to minimum-weight. AIAA Journal, vol. 3, no. 12, pp. 115–124. https://doi.org/10.2514/3.3355.
Karmishin, A. V., Lyaskovets, V. A., Myachenkov, V. I., & Frolov, A. N. (1975). Statika i dinamika tonkostennykh obolochechnykh konstruktsiy [Statics and dynamics of thin-walled shell structures]. Moscow: Mashinostroyeniye, 376 p.
Degtyarev, M. A., Danchenko, V. G., Shapoval, A. V., Avramov, K. V. (2019). Experimental strength analysis of variable stiffness waffle-grid cylindrical compartments. Part 1. Experimental procedure. Journal of Mechanical Engineering, vol. 22, no. 1, pp. 33–36. https://doi.org/10.15407/pmach2019.01.033.
Degtyarev, М. А., Danchenko, V. G., Shapoval, A. V., & Avramov, K. V. (2019). Experimental strength analysis of variable stiffness waffle-grid cylindrical compartments. Part 2. Analysis results. Journal of Mechanical Engineering, vol. 22, no. 2, pp. 31–36. https://doi.org/10.15407/pmach2019.02.031.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2020 Konstantin V. Avramov, Anatolii P. Dziuba, Maksym O. Dehtiarov, Volodymyr M. Sirenko
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NoDerivatives» («Атрибуция — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
Авторы, публикующиеся в этом журнале, соглашаются со следующими условиями:
- Авторы оставляют за собой право на авторство своей работы и передают журналу право первой публикации этой работы на условиях лицензионного договора (соглашения).
- Авторы имеют право заключать самостоятельно дополнительные договора (соглашения) о неэксклюзивном распространении работы в том виде, в котором она была опубликована этим журналом (например, размещать работу в электронном хранилище учреждения или публиковать в составе монографии), при условии сохранения ссылки на первую публикацию работы в этом журнале.
- Политика журнала позволяет размещение авторами в сети Интернет (например, в хранилищах учреждения или на персональных веб-сайтах) рукописи работы, как до подачи этой рукописи в редакцию, так и во время ее редакционной обработки, поскольку это способствует возникновению продуктивной научной дискуссии и позитивно отражается на оперативности и динамике цитирования опубликованной работы (см. The Effect of Open Access).
