Разработка углепластиковой стержневой системы разделения продольного стыка головных обтекателей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат технических наук Оленин, Игорь Георгиевич

• Оленин, Игорь Георгиевич
• кандидат технических наук
• 2001

Оглавление диссертации кандидат технических наук Оленин, Игорь Георгиевич

ВВЕДЕНИЕ

1.Конструктивно-технологические особенности стержневых систем разделения продольного стыка головных обтекателей (ГО).

1.1 .Штатные системы.

1.2.Механический шариковый замок.

1.3 .Комбинированные металло-углепластиковые тяги.

1.4.Обзор работ; постановка задачи.

2.Технология изготовления металло-углепластиковых стержней - тяг из предварительно формованных элементов (ПФЭ).

2.1 .Изготовление ПФЭ на оправке.

2.2.Сборка ПФЭ в стержень.

2.3.Экспериментальная отработка.

2.4.Технологическая оснастка.

3.Выбор конструктивных параметров стержневой системы разделения. 3.1 .Динамические нагрузки на тяги.

3.2.Регулярная часть углепластиковош стержня.

3.3.Узлы стыка углепластикового стержня с алюминиевой и титановой законцовками.

3.4.Регулировка шарикового замка стержневой системы разделения в зависимости от деформационных, технологических, температурных и установочных смещений.

4.Испытания комбинированных стержневых систем разделения.

4.1.Несущая способность металло-углепластикового стержня-тяги.

4.2.Функционирование шарикового замка при ожидаемых эксплуатационных перемещениях корпуса ГО и цепочки тяг от аэродинамического и температурного воздействий.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка углепластиковой стержневой системы разделения продольного стыка головных обтекателей»

Композиционные материалы широко применяются в современных конструкциях авиационной и ракетно-космической техники для обеспечения массового совершенства изделий. В первую очередь композиты используются в обол очечных корпусных агрегатах изделий: обтекатели, проставки, баки. Здесь достигается наибольший выигрыш в весе. Однако необходимость крепления к корпусам различных узлов и деталей выдвигает дополнительные требования к последним и в частности по деформативности. Так стержневая система разделения головных обтекателей (из алюминиевых сплавов), эксплуатируемых на ракете-носителе «ПРОТОН», устанавливается на трехслойных углепластиковых и стеклопластиковых обшивках корпусов. Различие материалов стержней и обшивок по коэффициенту линейного расширения может приводить, при нагреве космической головной части, к несанкционированному преждевременному срабатыванию корневых шариковых замков продольного стыка головного обтекателя. Поэтому практический интерес представляет замена алюминиевых стержней-тяг на углепластиковые и соответствующая регулировка шариковых замков. Решению этой задачи и посвящена настоящая диссертационная работа.

Цель диссертации состоит в разработке технологии изготовления металло-углепластиковых стержней-тяг продольной системы разделения головных обтекателей, в теоретическом и экспериментальном обосновании их несущей способности и возможности регулировки шариковых замков, выборе конструктивных схем стержней и гарантированных параметров шариковых замков.

Научную новизну работы составляют:

1. Конструктивно-технологическое решение углепластикового стержня-тяги с алюминиевой и титановой законцовками, основанное на технологии изготовления стержня из ПФЭ, выборе рациональных параметров законцовок и использовании способа сборки - склейки.

2. Подход к проектированию углепластиковой стержневой системы разделения продольного стыка ГО, включающий компьютерные программы расчета и оптимизации структуры композиционного материала регулярной части стержня и зон соединений законцовок со стержнем, модель динамической устойчивости стержней при осевом ударе, методику расчета допусков и регулировки шарикового замка.

3. Результаты экспериментального исследования несущей способности металло-углепластикового стержня-тяги при растяжении-сжатии и устойчивости функционирования шарикового замка при ожидаемых эксплуатационных перемещениях корпусов ГО и цепочки тяг от аэродинамического и температурного воздействий.

Публикации и апробация работы. Результаты исследований отражены в работах [14, 35] и докладывались на конференциях:

1. Научно техническая конференция ГКНПЦ им. М.В.Хруничева. Москва, 1998 г.

2. XIX Российская школа по проблемам проектирования неоднородных конструкций. г.Миасс, 1999г.

3.НТС департамента «Химия и технология композиционных материалов» Российского государственного технологического университета им. К.Э.Циолковского 2000 г.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения,

Заключение диссертации по теме «Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов», Оленин, Игорь Георгиевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 .Предложена углеплаетиковая стержневая система разделения продольного стыка головных обтекателей ракет-носителей, обеспечивающая надежное функционирование как эксплуатируемых, так и перспективных крупногабаритных углепластиковых головных обтекателей за счет снижения температурных деформаций стержней и чувствительной настройки шариковых замков.

2.Дано конструктивно-технологическое решение комбинированного металло-углепластикового тонкостенного стержня малого диаметра, основанное на предварительном формовании продольных сегментов стержня с последующей их сборкой на профилированных законцовках путем кольцевой наружной намотки.

3 .Предложен компьютерный метод проектирования комбинированных металло-углепластиковых стержней, включающий известные программы GeCAD, Bard для регулярной части, модернизированную программу KL-1M для переходных зон и методику определения динамических нагрузок на стержни в момент срабатывания системы разделения.

4.Разработана методика регулировки шарикового замка стержневой системы разделения головного обтекателя, учитывающая перепад температур, технологические допуски на изготовление элементов механического замка и на установку рычага замка, деформации корпуса обтекателя под действием аэродинамических нагрузок.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Оленин, Игорь Георгиевич, 2001 год

1. ТАРНОПОЛЬСКИЙ Ю.М., РОЗЕ А.В. Особенности расчета деталей из армированных пластиков. Рига, Зинатне, 1969 Г.-274 с.

2. ЖИГУНИ И.Г., ХИТРОВ В.В, АККУРАТОВ И.Л., ШЕМШУРИН М.В. Сжатие и кручение трубчатых композитных стержней из предварительно формованных элементов // Механика композитных материалов. 1984 г. №1 - С.87-90.

3. ТАРНОПОЛЬСКИЙ Ю.М., ХИТРОВ В.В. Стержни из композитов для ферменных конструкций (обзор) //Механика композитных материалов. 1986 г. №2. С.258-268.

4. АБИБОВ АЛ. Композиционные материалы, процессы и оборудование для механизированного формования элементов корпусных конструкций. Обзор. Л., ЦНИИ «Румб», 1977 г. - 77 с.

5. ШЕМШУРИН М.В. Разработка технологии изготовления трубчатых стержней из композитов для крепления криогенных баков: Кандидатская диссертация Рига, 1983 г. - 166 с.

6. БУЛАНОВ И.М., ВОРОБЕЙ В.В. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов: Учебник для вузов.М.: издательство МГТУ им.Н.Э.Баумана, 1998 г. 516 с.

7. КРЫСИН В.Н., КРЫСИН М.В. Технологические процессы формования, намотки и склеивания конструкций. М.: Машиностроение , 1989 г. - 240 с.

8. Композиционные материалы: Справочник / В.В.ВАСИЛЬЕВ, В.Д.ПРОТАСОВ, В.В.БОЛОТИН и др. М.: Машиностроение, 1990 г. -512 с.

9. Справочник по композиционным материалам: В 2 кн./ Пер. с анг. А.Б.ГЕЛЛЕР А и др.: Под ред. Дж. ЛЮБИЛА. -М.: Машиностроение, 1988 г.-584 с.

10. КАРПИНОС Д.М., КАДЫРОВ В.Х., КРЫЛОВ Ю.В. Сравнительная оценка эффективности некоторых типов концевых узлов крепления трубчатых стержней из полимерных композитных материалов // Механика композитных материалов. 1980 г. №5. - С.941-943.

11. АККУРАТОВ И.Л., ВАСИЛЕВСКИЙ В.М., ПЕПЕЛИЛ B.C., ШЕМШУРИН М.В., ТАРНОПОЛЬСКИЙ Ю.М. Законцовка стержня из композиционного материала. Авторское свидетельство №220523, 1984 г.

12. ВОРОБЕЙ В.В., СИРОТКИН О.С. Соединения конструкций из композиционных материалов. — М.: Машиностроение, 1985 г. 166 с.

13. ЕГОРОВ В.Н., АККУРАТОВ И.Л., ОЛЕНИН И.Г. Конструктивные особенности составных металлокомпозитных стержней рам и ферм //Авиационная промышленность. 1997 г. - №3-4. - С.9 -11.

14. ЕГОРОВ В.Н. Сравнительный анализ конструкций одно и двухсторонних фитингов для композитных тонкостенных стержней // Авиационная промышленность. - 1995 г. - №3-4. - С.28-31.

15. ЕГОРОВ В.Н. Расчетные модели комбинированных соединений в конструкциях летательных аппаратов // Авиационная промышленность. -1995 г. -№5-6.-С.8-16.

16. НОВИКОВ В.В., СУХАНОВ А.В., ЛАПОТКИН В.А. Соединения в стержневых конструкциях из композитов // Обзор №5216 / ЦНИИИ и ТЭИ. М. - 1991 г.-118 с.

17. АККУРАТОВ И.Л., ВАСИЛЕВСКИЙ В.М., ПЕПЕЛИН B.C., ШЕМШУРИН М.В., ХИТРОВ В.В. Трубчатый стержень из волокнистого композиционного материала. Авторское свидетельство №200260, 1983 г.

18. ЩЕРБАКОВ В.Т., ЦЫБИН Э.В., СОЛОВЬЕВА С.П. Конструкция и технология изготовления тяг управления из композиционных материалов // Авиационная промышленность. 1989 г. - №8. - С. 7 - 10.

19. Основы проектирования и изготовления конструкций летательных аппаратов из композиционных материалов / ВАСИЛЬЕВ В.В., ДОБРЯКОВ А.А., ДУДЧЕНКО А.П. и др. М.: издательство МАИ, 1985 г. - 218 с.

20. ДАНИЛОВА И.Н., СОКОЛОВА Т.В., КАРПЕЙКИН И.С. Влияние анизотропии материала на жесткость и прочность углепластиковых труб при кручении // Авиационная промышленность. 1976 г. - №9. - С.57 -59.

21. ЕГОРОВ В.Н. Напряженное состояние клеевого слоя в законцовках тонкостенных стержней из композиционных материалов // Применение пластмасс в машиностроении : Сборник трудов / МВТУ им. Н.Э.Баумана. -М., 1986 г. С.30-36.

22. ЛЕХНИЦКИЙ С.Г., Кручение анизотропных и неоднородных стержней. -М., Наука, 1971 г.-240 с.

23. ОБРАЗЦОВ И.Ф., ВАСИЛЬЕВ В.В., БУНАКОВ В.А. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1977 г. - 144 с.

24. Прочность, устойчивость, колебания: справочник в 3 томах / Под ред. И.А.БИРГЕРА, Я.Г.ПАНОВКО. М.: Машиностроение, 1968 г.

25. СУХАНОВ А.В., ЛАПОТКИН В.А. Проектирование стержневых пространственных конструкций из композитов. Аналитический обзор №4656. М.: ЦНИИИ. - 1988 г. - 72 с. ДСП.

26. ФРЕГЕР Г.Е., ИГНАТЬЕВ Б.Б., ЧЕСНОКОВ В.В. и др. Термические напряжения в стержневых изделиях из композитов, изготовленных методом спиральной обмотки // Механика композитных материалов. 1987 г. - №2. -С.305-309.

27. ВАСИЛЬЕВ В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. -М.: Машиностроение, 1988 г. -272 с.

28. ХИТРОВ В.В., АККУРАТОВ И.Л. Несущая способность клееных стержней из предварительно формованных элементов // Механика композитных материалов. 1988 г. - №1. - С. 94-99.

29. ХИТРОВ В.В., ЛАПОТКИН В.А., СУХАНОВ А.В. Несущая способность многослойных составных трубчатых стержней из композитов // Механика композитных материалов. 1990 г. - №1. - С.85-92.

30. АНИСКЕВИЧ Н.И., МАЛМЕЙСТЕР А.А., ЯНСОНС Ю.О. Методика испытаний трубчатых образцов из полимерных материалов при сложном напряженном состоянии в условиях температурного воздействия // Механика композитных материалов. 1984 г. - №1. - С.131-135.

31. ЕГОРОВ В.Н. Комплекс программ KL-1 для проектирования соединений внахлест композиционных стержней и цилиндрических оболочек // Вестник машиностроения. 1996 г. - №5. - С. 17-19.

32. НАЗАРОВ Г.И., СУШКИН В.В., ДМИТРИЕВСКАЯ Л.В. Конструкционные пластмассы. -М.: Машиностроение, 1973 г. 192 с.

33. ЕГОРОВ В.Н., АККУРАТОВ И.Л., ОЛЕНИН И.Г. Технология изготовления углепластиковых стержней-тяг малого диаметра.// XIX Российская школа по проблемам проектирования неоднородных конструкций: Тезисы докладов, г.Миасс, 1999г.

34. ЕГОРОВ В.Н.,САБОДАШ П.Ф.,ОЛЕНИН И.Г. Математические модели деформирования стержневых систем при динамических силовых и тепловых воздействиях.// Авиационная промышленность, 2000 г.-№3- С. 100 102.

35. УСЮКИН В.И. Строительная механика конструкций космической техники: Учебник. -М.: Машиностроение, 1988. -392 с.