Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ: Важнейшей проблемой проектрования современных летательных аппаратов (ЛА) является снижение массы конструкции при сохранении надежности и ресурса. Одно из эффективных направлений решения этой проблемы состоит в применении полимерных композиционных материалов (КМ), обладающих высокими удельными характеристиками прочности и жесткости и рядом других известных преимуществ перед металлами.
Узким местом в конструкциях ЛА, в том числе из КМ, являются зоны стыков и соединений, масса которых составляет 20...30% массы агрегата. Мировая статистика свидетельствует, что 80...85% разрушений в конструкциях ЛА происходит в зонах стыков и соединений.
В связи с этим исследование несущей способности металла-композитных стыков и соединений и разработка для них новых конструктивно -технологических решений (КТР) является одной из основных задач проектирования ЛА из КМ.
Несмотря на существенный прогресс, достигнутый в этой области в последние годы, в настоящее время отсутствуют эффективные КТР соединений высоконагруженных и композитных отсеков корпусов ЛА замкнутой форш, обеспечивающие снижение массы изделий и повышение их технологичности.
В связи с этим исследование, разработка и применение соединений обшивки корпусов ЛА из КМ с металлическими кольцевыми шпангоутами представляется актуальной задачей.
Диссертация является составной частью комплексных НИР и ОКР, выполненных в рамках отраслевой программы "Создание модульных многоцелевых систем среднего радиуса действия" в период с 1989 по 1995 год.
ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИИ является разработка эффективного профильного _
- 4 -еамкового соединения (ПЗС) выс-оконагруженных отсеков ЛА из Vi< обеопечішдаиего свг/.чеиие мазей и повышение технологичности ИЗДСЛ1-п ыетодикг' его проектирования, а так*:е конструктивно-технологичес кая отработка и внедрение в исделиях отрасли.
Для достижения этой цели били сформулированы и решены следук щие основные задачи:
1. Разработать конструктивно-силову» схему (КСО), матеїлатпчос кую модель' и нетодику в-ыбора рациональных конструктивных параметре ШС. '.''''''
К. Провести экспериментальное исследование г.оочкости 1150 и вы явить адекватные эксперименту модели его разрушения (зкеперимек тальная доводка модели). .
-
Выявить, исследовать и рекомендовать области рационально? применения' ИЗО для соответствующих классов.отеекез ЛА.
-
Внедрить ПЗС и методику их проектирования' в конструкции ра кеты Д-5НМ и .ее модификациях.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Теоретические последовслпя проводились н базе конечно-элементных- моделей, реализованных на современных ЭВМ а также на основе моделей механики деформированного твердого тела физически;: представлений процесса рагруиенпя соединения, получении из аналпеа эксперимента.
Экспериментальные исследования вьтолнены на современном нспы таголъном оборудовании с кирок:нм применением текнометриравзния обработкой данных с помощью системы СШГ-2 и применением стандартні:: методов статистической обработки результатов.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:
"1. Предложено и рзвработако новое эффективное профильное соединение для ьмооконагружеиних отсеков ЛА из КМ, обеспечивающее снижение массы и повышение технологичности иеделия, ла которое получено положительное решение, государственной научно-технически!
.-5-
опертизн изобретений.
?.. Проведен параметрический анализ напряженно-деформированного стояния ПЗС в зависимости от его конструктивных параметров на ос->ве МК9, позволивший оингегпроЕать упрощенную математическую иа-:ль деформирования соединений.
-
На основе предложенной математической модели разработана >тодика проектирования ПЗС по критерию статистической прочности в істеме отсека.
-
На основе анализа результатов экспериментальных исследоза-ій ПЗС выявлены модели его разрушения при растяжении и сжатии, цекватные предложенной математической модели и подтверждающие эф-эктивкость разработанной методики проектирования ПЗС.
-
Предложен? классификация отсеков ЛА по конструктивным, экс-луатащюнным и технологическим признакам, позволившая установить нітовне КТР отсеков, для которых применение ПЗС наиболее эффективно.
-
На основе результатов исследований спроектирован реальный тсек ракеты Д-5НМ и разработан технологический процесс его и'зго-овления. В новом КТР отсека достигнуто снижение массы на 29Х по іравненяю с титановым аналогом и увеличена полезная нагрузка ракеты іа 10,75 кг при снижении трудоемкости изготовления в 1,7 раза.
-
Предложены новые КТР для ряда' модификаций ракеты Д-5НМ, заниженные четырьмя авторскими свидетельствами.
-
Разработаны и внедрены рекомендации по выберу материз-. юв,области эффективного применения ЕЭС в отсекзх ЛА различного ти-73, а также по технологии изготовления отсєкое о ПЗС, позволяющие /величать его прочность и герметичность и снизить трудоемкость изготовления.
На защиту выносятся: *
- новое высоконагруженное профильное аамковое соединение ци- .
- 6 -' ' ' .
Лішдрпчеокои оболочки ЛА из KM с металлическим кольцевым шпангоутом;
математическая модель и методика проектиро.г. .шия ШС;
результаты и методики экспериментальных исследований ГОС. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные работы диссертации докладывались на
ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ХАИ
(Харьков,153У-1994г.) научно-технических советах № "Радуга"в 1990
- 1994г.Г.' і' і . ' _ ,.;;: ..:':'
ГІУЕШКАЦИИ'. По'материалачі диссертации опубликовано 3 .статьи, 2 тезиса доклада,' написано 2 научно-технических ответа, получено 4 авторских свидетельств Ба изобретение и 1 положительное решение.
СТРУКТУРА И 0Е"ЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит иг введения, пяти разделов, общих выводов и 7 Приложений, содержит 84 страницы машинописного текста, 6 таблиц, 77 иллюстраций и список использованной литературы, включащпй 106 наименовании'.