Министерство образования и науки

Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

(СГАУ)

Курсовой проект по курсу

«Конструкция и проектирование летательных аппаратов»

Выполнил: студент гр. 1506 Поляков А.А. Руководитель: Прохоров А.Г.

Самара 2012

Задание

Спроектировать бак окислителя 3 ступени ракеты- носителя Р10.

Исходные данные:

Окислитель- кислород

Днище полусферическое

Реферат

Курсовой проект, страниц 26, рисунков 5

Летательный аппарат, бак окислителя, давление наддува, оболочка, расчётный случай, перегрузки, коэффициент безопасности, днище, шпангоут.

В данной работе производится проектирование бака окислителя третьей ступени РН. Работа начинается с выбора расчётных случаев. После этого производится расчёт геометрии бака, исходя из заданного объёма окислителя. На основании этих расчётов и выбранного материала, производится подбор толщин днища и обечайки.

Содержание

Введение……………………………………………………………4

1. Конструктивная схема…………………………………………….5

2. Выбор основного материала……………………………………...6

3. Определение объёма бака………………………………………....7

4. Проектировочный расчёт бака……………………………………8

   1. Подбор толщины верхнего днища……………………………8

   2. Подбор толщины нижнего днища…………………………….8

5. Подбор толщины обечайки………………………………………..9

6. Подбор шпангоутов………………………………………………10

7. Расчёт люк-лаза……………………………………………………11

8. Расчёт заборного устройства……………………………………..13

9. Расчёт тоннельного трубопровода……………………………….14

10. Порядок сборки конструкции…………………………………….16

Заключение…………………………………………………………17

Список использованной литературы……………………………..18

Введение

Разрабатываемый бак представляет собой ёмкость для размещения компонента топлива (окислитель- кислород) 3 ступени. Бак выполнен по так называемое несущей схеме. Его особенность состоит в том, что обечайка бака является одновременно и корпусом ракеты, воспринимающим осевые и изгибающие нагрузки.

Конструктивно бак состоит из цилиндрической и двух полусферических оболочек, соединённых друг с другом посредством шпангоутов, и образующих геометрическую ёмкость цилиндрической формы.

Несущей конструкцией бака является цилиндрическая обечайка. Она состоит из сваренных между собой листов из аллюминиевых сплавов. По торцам обечайки расположены стыковые шпангоуты , к которым крепятся приборный отсек сверху и приборный отсек снизу.

1. Конструктивная схема

1. обечайка бака

2. верхнее днище

3. люк-лаз

4. раструб наддува

5. тоннельный трубопровод

6. гермовывод

7. датчик опорожнения

8. датчик заправки

9. нижнее днище

10. заборное устройство

11. заправочное устройство

2. Выбор основного материала.

Основной материал конструкции выберем алюминиевый сплав АМг-6. Этот сплав используют для изготовления деталей сварных конструкций, холодно-штампуемых деталей, а также деталей высокой прочности, получаемых вальцовкой из нагартованного листа, работающих при температурах от -190° С до +150° С.

Материал обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью в отожженном состоянии.

Сплав хорошо сваривается аргонно-дуговой сваркой, термообработка сварных швов не производится. Прочность сварного соединения составляет 90-95% прочности основного материала.

Основные характеристики сплава АМг-6

плотность

модуль упругости

предел прочности

предел текучести

3. Определение объема бака.

Выбираем пологое сферическое днище. Обязательным элементом такого днища является распорный шпангоут в месте стыка днища с обечайкой, который воспринимает значительные окружные сжимающие усилия, передающиеся на обечайку со стороны днища. Преимуществом такого днища является его сравнительно малая высота.

Если

Объём окислителя найдём по формуле:

Объём шарового сегмента:

Объём цилиндрической части:

Объём всего бака:

Найдём потребный объём бака:

4. Проектировочный расчёт бака

4.1 Подбор толщины верхнего днища

Толщина рассчитывается из условия прочности:

В соответствии с этой формулой:

С учётом технологических особенностей изготовления и в соответствии с нормальным рядом толщин принимаем

Запас прочности равен

4.2 Подбор толщины нижнего днища

Толщину нижнего днища определим для самой нижней точки, где действуют максимальные напряжения.

Давление в нижней точке днища определим по формуле:

Высоту столба жидкости для окислителя в цилиндрической части бака определим по формуле:

Тогда

Толщина днища определяется из условия прочности:

В соответствии с нормальным рядом толщин принимаем

Запас прочности:

5. Подбор толщины обечайки.

Подберём толщину обечайки из условия прочности в сечении 1-1

где

экспериментальное давление в нижней точке обечайки бака.

коэффициент сварного шва,

Подберём толщину обечайки в сечении 2-2

Из двух толщин обечайки (для сечений 1-1 и 2-2) выбираем наибольшую и с учётом нормального ряда толщин принимаем толщину обечайки

6. Подбор шпангоутов

Расчёт значения нормальной силы, действующей на шпангоут определяется:

Из условия прочности:

коэффициент, учитывающий ослабление шпангоута отверстиями под крепление.

тогда

7. Расчёт люк-лаза

Люк-лаз располагается на днище бака и предназначен для монтажных работ и сборки арматуры бака. На его крышку действует внутреннее давление 0, 46 Мпа, которое передаётся на шпильку и фланец. Нагрузка на шпильку определяется из двух условий: шпилька воспринимает силы внутреннего давления и давления уплотнения:

усилие от наддува,

усилие прижатия уплотнения,

m-коэффициент, зависящий от конструкции уплотнения и материала прокладки (для мягкой стали m=5,5)

Где b- ширина прокладки (b=40мм)

Усилие необходимое для сжатия прокладки:

Для выбора крепёжных болтов принимаем:

Задаёмся количеством болтов: h=28;

Материал болтов 30ХГСА:

Тогда диаметр болтов вычисляется по формуле:

Принимаем d=10мм