2.3. Конструктивно-технологические принципы определения свойств поверхности элементов конструкции ракетно-космических систем

2.3.1. Функции поверхностей конструкций ракетно-космических систем

Свойства поверхностей ракетно-космических систем имеют большое значение для успешного функционирования различных элементов конструкций.

Так, свойства геометрии наружной поверхности ракетно-космической системы определяют характер аэродинамического и теплового воздействия на конструкцию, а также влияют на компоновку агрегатов внутри ракетно-космической системы. Свойства геометрии поверхности сопла ракетного двигателя связаны с реактивной силой, разгоняющей ракетно-космическую систему при старте. Геометрия внутренней поверхности топливных баков определяет объем топлива в ракетных блоках. Свойства геометрии поверхностей деталей и сборочных единиц, соединяемых при сборке, существенным образом влияют на точность их пространственного расположения в конструкции, уровень остаточных напряжений и многие другие показатели качества сборки. В конструкциях турбонасосного агрегата и исполнительных органов управления ракетно-космической системы имеется значительное количество деталей с сопряженными поверхностями, которые участвуют в движении относительного скольжения и качения. Свободные поверхности, которые выполняют вспомогательные функции, ограничивая объем материала деталей конструкции, влияют на распределение объемов, массы и геометрии масс элементов конструкции.

В современных конструкциях геометрия поверхностей элементов чрезвычайно сложна. В частности, это относится к таким конструкциям, как корпуса ракет и ракетных блоков, фюзеляж или крыло крылатых ракет, лопатки турбин и насосов, криволинейные трубопроводы, сопла ракетных двигателей и т. п.

Вследствие этого на стадии конструкторской разработки сложнопрофильных поверхностей элементов ракетно-космических систем объем информации о поверхностях должен быть достаточным с одной стороны для однозначного отображения геометрии поверхностей элементов конструкции, позволяющей оценить массу и геометрию масс, с другой – для технологической подготовки производства однозначно определить способы отображения реальной геометрии с целью определения погрешностей изготовления. При параллельном выполнении конструкторского и технологического проектирования в процессе технической подготовки производства должны применяться единые информационные технологии.

2.3.2. Аналитические и графические методы определения свойств поверхности на стадии разработки конструкции

С математической точки зрения поверхность – непрерывное множество точек, у которых координаты x, y, z связаны зависимостью вида

F(x,y,z)=0.

Одним из наиболее удобных способов отображения координат точки на поверхности является параметрическое представление этих координат в виде

F(t) = [x(t) y(t) z(t)] 0  t  t_max

где координаты точки есть функция одного параметра t.

В основе математического определения координат промежуточных точек поверхности используется понятие «каркас».

Каркасом называют конечное множество линий или точек, принадлежащих поверхности. Существует два вида каркасов: линейные и точечные.

Линейный каркас представляет собой множество линий, имеющих единый закон образования (закон каркаса) и связанных между собой определенными зависимостями (зависимостями каркаса с параметрами каркаса). Каркасная поверхность образуется двумя семействами ортогональных сечений, формирующих на поверхности сетку каркаса. В качестве линий, образующих каркас, принимают семейство плоских кривых, полученных сечением поверхности параллельными ортогональными плоскостями.

Точечный каркас представляет собой в самом общем случае множество произвольно расположенных точек поверхности, на которые «натягивается» гладкая поверхность. Точечный каркас можно получить в виде множества узлов пересечения линий, образованных двумя ортогональными семействами параллельных плоскостей, пересекающих поверхность.