Уточнение масс конструкций

1. Силовая оболочка корпуса:

Удельная прочность материала силовых оболочек корпусов ДУ:

Масса силового корпуса двигателя:

где

· коэффициент безопасности [2, стр.84]. Примем ;

· коэффициент учёта падения прочности при старении [2, стр.84];

· коэффициент учёта разброса прочностных свойств [2, стр.84];

· – коэффициент отклонения давлений от номинальных значений [2, стр.84] Примем .

Коэффициент согласования для силовой оболочки корпуса ДУ:

Длины цилиндрических частей, переднего и заднего днищ силовой оболочки корпуса ДУ, м:

где

· – переднее днище, – заднее;

· коэффициент объёмного заполнения цилиндрической части силовой оболочки корпуса ДУ;

· коэффициент объёмного заполнения днища силовой оболочки корпуса ДУ.

Максимально возможные значения коэффициентов объемного заполнения:

Для первой ступени:

Относительный диаметр переднего полюсного отверстия силовой оболочки корпуса ДУ:

Диаметр заднего полюсного отверстия силовой оболочки корпуса ДУ:

Относительный диаметр заднего полюсного отверстия силовой оболочки корпуса ДУ:

·

·

·

Для второй ступени:

Относительный диаметр переднего полюсного отверстия силовой оболочки корпуса ДУ:

Диаметр заднего полюсного отверстия силовой оболочки корпуса ДУ:

Относительный диаметр заднего полюсного отверстия силовой оболочки корпуса ДУ:

·

·

·

2. «Юбка» корпуса:

Масса «юбки» корпуса:

где коэффициент согласования.

Длина «юбки» корпуса:

Для первой ступени:

Для второй ступени:

3. Закладные элементы (фланцы):

Масса фланцев:

где

· Материал фланцев: титан;

·

· предел прочности материала фланцев;

· коэффициент согласования [2, стр.86].

Для первой ступени:

Для второй ступени:

4. Крышка воспламенительного устройства:

Масса крышки воспламенительного устройства:

где

· коэффициент согласования [2, стр.87];

·

· плотность материала крышки;

Для первой ступени:

Для второй ступени:

5. Защитно-крепящие слои двигателя:

Материал – резина, коэффициент

Масса защитно-крепящего слоя:

где

Для первой ступени:

Для второй ступени:

6. Теплозащитное покрытие:

Масса ТЗП:

где

· коэффициент согласования [2, стр.87];

· .

Для первой ступени:

Для второй ступени:

7. Заряд воспламенительного устройства:

Масса заряда воспламенительного устройства:

где

· коэффициент согласования [2, стр.87].

Для первой ступени:

Для второй ступени:

Таким образом, масса силового корпуса типа «кокон» ДУ первой ступени:

Масса силового корпуса типа «кокон» ДУ второй ступени:

Таблица 3.1. Массы конструкций двигателя

Величина	1 ступень	2 ступень
масса силового корпуса двигателя, кг
масса «юбки» корпуса, кг
масса фланцев, кг
масса крышки воспламенительного устройства, кг
масса заряда воспламенительного устройства, кг
масса защитно-крепящего слоя, кг
масса теплозащитного покрытия, кг
масса силового корпуса ДУ, кг

3.4. Расчёт массы элементов соплового аппарата

1. Силовая оболочка утопленной части сопла ДУ:

Масса силовой оболочки утопленной части сопла ДУ:

где

· Материал силовой оболочки: титан;

·

· модуль упругости материала силовой оболочки;

· коэффициент согласования [2, стр.88].

Диаметр заднего полюсного отверстия:

Относительный диаметр утопленной части сопла:

Для первой ступени:

Для второй ступени:

2. ТЗП силовой оболочки утопленной части сопла ДУ:

Масса ТЗП силовой оболочки утопленной части сопла ДУ:

где

· Материал ТЗП силовой оболочки утопленной части сопла: углепластик;

· коэффициент согласования [2, стр.88];

· .

Для первой ступени:

Для второй ступени:

3. ТЗП сверхзвукового соплового тракта ДУ (облицовки):

Масса ТЗП облицовки:

где

· Материал ТЗП облицовки: углепластик;

· коэффициент согласования [2, стр.89];

· .

Для первой ступени:

Для второй ступени:

4. Силовая оболочка раструба сверхзвуковой части сопла ДУ:

Масса корпуса раструба:

где

· Материал корпуса раструба: титановый сплав;

·

· модуль упругости материала корпуса раструба;

· коэффициент согласования [2, стр.88].

Относительный диаметр раструба первой ступени:

Относительный диаметр раструба второй ступени:

5. Конструкция горловины сопла ДУ с эластичным опорным шарниром:

Масса горловины сопла:

где

· коэффициент согласования для поворотного управляющего сопла с эластичным шарниром [2, стр.89].

Для первой ступени:

Для второй ступени:

6. Привод системы создания боковых усилий ДУ (рулевые машинки + питающая установка + газогенератор + элементы крепления):

Масса привода:

где

· коэффициент согласования для 1-ой ступени;

· коэффициент согласования для 2-ой ступени

Для первой ступени:

Для второй ступени:

Таким образом, масса соплового блока первой ступени:

Масса соплового блока второй ступени:

Таблица 3.2. Массы конструкций соплового блока

Величина	1 ступень	2 ступень
силовой оболочки утопленной части сопла, кг	9,372	4,347
масса ТЗП силовой оболочки утопленной части сопла, кг	9,543	4,726
масса ТЗП облицовки, кг
масса корпуса раструба, кг
масса горловины сопла, кг
масса привода, кг
масса соплового блока, кг

В итоге суммарная масса двигателя:

Масса двигателя первой ступени:

Масса двигателя второй ступени:

Таблица 3.3. Сводка по размерам

Величина	1 ступень	2 ступень
диаметры передних полюсных отверстий силовых оболочек корпусов ДУ ступеней, мм
диаметры задних полюсных отверстий силовых оболочек корпусов ДУ ступеней, мм
длины цилиндрических частей силовых оболочек корпусов ДУ ступеней, мм
длины передних днищ силовых оболочек корпусов ДУ ступеней, мм
длины задних днищ силовых оболочек корпусов ДУ ступеней, мм
длины юбок корпусов ДУ ступеней, мм
диаметры каналов зарядов ступеней, мм
диаметры критических сечений ДУ ступеней, мм
диаметры выходных сечений сопел ДУ ступеней, мм
длины сопел ДУ ступеней, мм
глубины утопленности сопел ДУ ступеней, мм
диаметры ступеней, мм
диаметры входных сечений сопел ДУ ступеней, мм
длины входных сечений сопел ступеней, мм
межступенные расстояния, мм
длина отсека полезной нагрузки, мм

3.5. Расчёт массы элементов соплового аппарата

К элементам ракеты относят отсеки (переходные и хвостовые), обтекатель, БКС и элементы монтажа. До расчёта массы этих элементов необходимо по определённым выше размерам ГЧ, БС и ДУ маршевых ступеней с учётом принятых решений по способам разделения ступеней выполнить чертёж ракеты, на котором должны быть выделены плоскости разделения ступеней и найдены реальные длины хвостовых и переходных отсеков, а также реальные длины ступеней и транзитные длины БКС.

1. Масса отсеков:

где

·

·

· реальные длины хвостового и переходного отсеков, определяемые по чертежу.

Эталонную длину отсеков находят по зависимости:

В соответствии с чертежом:

Для первой ступени:

Для второй ступени:

2. Масса БКС:

где

· реальная суммарная длина ступени от среза сопла ДУ до плоскости отделения ступени;

· транзитная длина БКС ступени.

В соответствии с чертежом:

Для первой ступени:

Для второй ступени:

3. Масса головного обтекателя:

где

· коэффициент согласования [2, стр.91];

· поверхность обтекателя, которую устанавливаю по чертежу.

В соответствии с чертежом:

4. Масса элементов монтажа:

Масса элементов монтажа для каждой ступени принимается равной 3% от суммарной массы конструкции, получаемой сложением масс элементов.

4. Определение значений параметров АУТ и максимальной дальности полёта

В данном разделе мы проведем уточнение масс конструкций маршевых ступеней и ракеты в целом. Для проведения таких расчётов требуется уточнить принципиальную схему УБР в части способов разделения ступеней (разделение - холодное), а также установить плоскости разделения и конструктивную схему деления переходных отсеков (схема деления - поперечная).