Проектирование переходного отсека КА

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ  ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

имени академика  С.П. КОРОЛЁВА

(национальный  исследовательский университет)

 

 

Факультет летательных аппаратов

 

Кафедра летательных аппаратов 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА НА ТЕМУ:

«Проектирование переходного отсека КА» 
по дисциплине:

Конструкция и производство космических аппаратов.

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил  студент группы 1507                                            Д.И. Орлов

 

Проверил                                                                                 А.Г. Прохоров

 

 

 

 

 

 

 

Самара 2013

 

РЕФЕРАТ

 

Курсовой  проект

Пояснительная записка:    21 с.,  7 рис.,  3 табл.,  5 источников

 

КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ, СТЫКОВОЧНЫЙ  ШПАНГОУТ, КОЭФФИЦИЕНТ БЕЗОПАСНОСТИ, ЭКВИВАЛЕНТНАЯ НАГРУЗКА, СИЛОВОЙ НАБОР, ОКАНТОВКА, ПЕРЕГРУЗКА,  ОБШИВКА, ОТСЕК, ИЛЛЮМИНАТОР

 

Целью курсового проекта - разработка переходного отсека, опираясь на проектировочные и поверочные расчеты.

Объект проектирования – переходный отсек.

В данном курсовой работе произведён расчет переходного отсека. Исходя из заданных нагрузок, подобраны: толщина обечайки, площадь поперечного сечения шпангоутов, количество и диаметр болтов. Разработана конструктивно-силовая схема отсека. Выбрано количество силовых элементов, их формы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

Задание 4

Введение 5

1 Выбор материала обшивки 6

2 Проектировочный и поверочный расчет 9

2.1 Определение эквивалентной силы 9

2.2 Проектирование трёхслойных отсеков-монококов 10

2.3 Подбор основных элементов трехслойного отсека-монокока 14

3 Проектирование конструктивных элементов отсеков 16

3.1 Проектирование стыковочных шпангоутов 16

4 Расчет заклепочного соединения 18

5 Расчет клеевых соединений 19

6 Обоснование выбора технологии изготовления и испытаний 22

Заключение 24

Список использованной литературы 25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание

Переходный  отсек.

В курсовом проекте нужно рассчитать конструкцию и разработать чертежи переходного отсека КА, разработать и начертить сборочный чертеж узла и рабочий детали этого узла. Исходные данные указаны в таблице 1.

 

Рисунок 1 – Переходный отсек

 

Таблица 1– Исходные данные для расчета

 

5300	1000	4,4	1,5	2	2	4

 

Введение

Целью нашей курсовой работы является разработка и расчет основных конструктивных элементов переходного отсека.

Переходный отсек КА или РН предназначен для связи составных частей или  отсеков различного функционального  назначения.

Переходный отсек чаще всего  выполняется в виде тонкостенной оболочки с продольным и поперечным силовыми наборами ( в виде открытой ферменной конструкции или в виде ступенчатой конструкции).

Переходный отсек включает силовые  узла связи, оснащается средствами и  конструктивными элементами разделения систем, элементами электро-, пневно- и гидрокоммуникаций, элементами связи РН и КА с наземными средствами подготовки и осуществления запуска.

 

1 Выбор материала обшивки

Сухой отсек  с трехслойной оболочкой ( Рисунок 2) имеет, как правило, наименьшую погонную массу. Элементы оболочки и силовые элементы конструкции отсека могут изготавливаться как из композиционных материалов, так и из металлов.

Трехслойные оболочки с двумя несущими слоями 6,7 и заполнителем 8 отличаются большим  разнообразием, как по используемым материалам, так и по размерам ( толщины несущих слоев, размер заполнителя, размер сотовых ячеек заполнителя и пр.).

В местах крепления шпангоутов 2 в оболочку вклеивают вкладыши 9. Лонжероны 11,12, воспринимающие продольные усилия, образуют каркас, к которому крепятся трехслойные панели (сеч. А-А/1), или являются частью конструкции ( сеч. А-А/2). В силу сложности набора и прессования трехслойных панелей с выступами применяют трехслойные панели с окантовками или кольцами 3 из металла, к которым крепятся шпангоуты и другие силовые элементы.

То обстоятельство, что по краям ( в местах соединения) требуется установка вкладышей, является одним из существенных недостатков таких трёхслойных оболочек.

Особенно  затруднительно конструктивное оформление люков и их окантовок. Кроме того, трехслойная оболочка не допускает  ремонта и доработки, например, установки, дополнительного лючка. Это-еще один недостаток конструкции с трехслойными оболочками.

Для несущих  слоев выбираем материал Органит 7Т.  Для промежуточного слоя – сотовое волокно.

Таблица 2. Свойства конструкционных органотекстолитов*

 

* d=1,3–1,35 г/см3; σ в =650–750 МПа; Е=35 ГПа; σ в.сж =200–220 МПа.

Органопластики серии Органит 7Т –первые конструкционные

органотекстолиты, нашедшие широкое применение в авиационной  технике.

Материалы предназначены для средне- и слабонагруженных элементов

конструкций планера и интерьера самолетов  и вертолетов и впервые были

внедрены  в конструкциях фирмы «Камов»  для изготовления лопастей

несущих винтов, элементов планера, оперения, крыльев и других деталей

вертолета. Для крупногабаритных деталей организован  выпуск листового

материала Органит 7TЛ (листы размером 950×1500 и 950×2450 мм).

Благодаря особенностям упруго-прочностных и  технологических свойств листовых органопластиков их можно использовать для изготовления не только плоских  панелей, но и панелей одинарной  кривизны путем

приклеивания  к сотам изогнутой обшивки (толщиной до 1 мм).

Область эксплуатации органопластиков серии Органит 7Т ограничена

максимальной  рабочей температурой 80°С. Для деталей  с повышенной

 максимальной  рабочей температурой разработаны  органотекстолиты

 Органит 10Т и Органит 16Т, эксплуатация которых допускается при 150 и

180°С соответственно.

В ряде конструкций, испытывающих при эксплуатации сложнонапряженное  состояние, использование органопластиков  может быть

ограничено  из-за их низкой прочности при сжатии. Для таких конструкций

разработаны гибридные органостеклопластики Органит 5ТКС, 6ТКС, 7ТКС

на основе ткани Т-39 из комбинированной нити (арамидные + стеклянные

волокна). Эти  материалы обладают повышенной в 2 раза прочностью при

сжатии и меньшей стоимостью благодаря использованию в их составе более

дешевых стеклянных волокон.

Высокий уровень работы разрушения органотекстолитов  способствует

эффективному  применению этих материалов в качестве ударостойких

экранов различного назначения (Органит 6ТН). Такие кольцевые защитные

экраны диаметром  от 1,5 до 2,5 м, шириной 200–400 мм и толщиной до 60 мм

используются  в конструкциях двигателей Д18Т, Д-436Т, ПС-90А, НК86,

установленных на самолетах Як-40, Ил-86, Ил-96-300, Ту-204 и др. Корпуса

вентиляторов  из Органита 6ТН обеспечивают надежную защиту конструкций

от скоростных осколков лопаток (скорость 300–400 м/с) с  кинетической

энергией 30–50 кДж/м2.

Технологические возможности органотекстолитов  – важный фактор при выборе материала. Препреги органотекстолитов различных марок имеют

широкий диапазон технологических параметров, отвечающих техническим

требованиям к изготовлению конструкций различных  типов. Сухие препреги

Органита 7Т обеспечивают высокую реализацию свойств армирующих

волокон при  изготовлении плоских листов и деталей  одинарной кривизны.

 

 

 

Рисунок 2 Трехслойный отсек-монокок:

1. оболочка; 2-стыковой шпангоут; 3- кольцо; 4- крышка; 5-крепеж;6-наружний слой; 7-внутренний слой;8-заполнитель;9- кольцо-вкладыш;10-крепеж;11,12-лонжероны 
   

2 Проектировочный и поверочный расчет

2.1 Определение  эквивалентной силы

Расчетная схема:

 

                      

 

                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 Расчетная схема

Н.

H.

. 
 В процессе полета на корпус ЛА действуют нагрузки , которые приводят к появлению в корпусе внутренних сил-это осевая сжимающая сила N, перезывающая сила Q, изгибающий момент M_изг, которые изменяются вдоль оси корпуса . Продольная сила N и изгибающий момент М_изг воспринимаются продольным набором и частично обшивкой,  перезывающая сила Q – потоком касательных сил, возникающих в обшивке корпуса.

Совместное  действие продольной силы N и изгибающего момента М _изг можно заменить эквивалентной силой Т _экв , для цилиндрической оболочки:

.

При расчете  конструкции эксплуатационные силы умножаются на коэффициент безопасности f, который учитывает неполноту наших знаний нагрузок, механических свойств материалов и конструктивных особенностей, обычно применяют:

.

С учетом коэффициента безопасности получаем:

;

;

.

При проектировочном  расчете несущие способности  конструкции не учитываются.

2.2 Проектирование трёхслойных отсеков-монококов 
Расчет обшивки.

В настоящее  время получили широкое распространение  отсеки трёхслойной конструкции. Такие  отсеки состоят из трёхслойной оболочки, шпангоутов, окантовок люков (см. рис. 4). Трёхслойная оболочка состоит  из двух силовых слоёв, соединенных  между собой лёгким и жёстким  наполнителем.

Силовые слои могут быть металлическими или  стеклопластиковыми, углепластиковыми, органопластиковыми. Заполнитель может быть в виде сот, которые изготавливаются из алюминиевой фольги или стеклоткани, пропитанной связующими. Применяются также заполнителе в виде стеклопластиковых гофров или пенопласта. Соединение силовых слоёв и заполнителя производится обычно с помощью клея.

Трёхслойные конструкции по сравнению с однослойными оболочками имеют значительный выигрыш  в массе.

Трёхслойные оболочки более предпочтительные, чем  вафельные, если выполняется условие:

, где  - плотность заполнителя.

                                                    - плотность несущих слоёв (Органит 7Т).

Порядок проектирования трёхслойной оболочки:

А) Определяем оптимальное значение относительной  толщины заполнителя  по формуле:

Б) Определяем толщину несущих слоёв:

 где  =0,25-0,3- коэффициент устойчивости.

В) Определяем высоту h по формуле:

, принимаем 

Г) Окончательно подбираем толщину несущих слоев по нормальному ряду толщин:

Д) Проверяем  выполнение условия:

Условие прочности выполняется. Определим  запас прочности:

В данном разделе курсовой работы собраны  зависимости для подбора сечений  элементов конструкции сухих  отсеков.

Приведенные далее зависимости учитывают  то, что на отсек могут действовать:

• продольные силы
• перерезывающие силы
• изгибающие моменты

Для проектируемой  конструкции даются зависимости, по которым можно подбирать сечения  в двух зонах:

А- зона, в которой имеются максимальные нормальные напряжения от изгиба и от продольной силы. Касательные напряжения равны нулю.

Б- зона, в которой имеются максимальные касательные напряжения и нормальные напряжения от продольных сил. Нормальные напряжения от изгиба отсутствуют.

Условия прочности трехслойной оболочки:

где - максимальные нормальные напряжения в слоях трехслойной оболочки;

- момент сопротивления сечениях трёхслойной оболочки;

- средний диаметр оболочки;

- толщина наружного слоя;