Конструктивные элементы РДТТ

3.1. Корпуса РДТТ

 

Основным силовым элементом РДТТ является его корпус. Корпус изготавливается литьем, штамповкой, точением, а также с использованием сварки и намотки. Материалами для корпуса служат малоуглеродистые легкосвариваемые стали; холоднокатанные стали со строго направленным расположением волокон; алюминиевые, магниевые, титановые сплавы; стеклопластики.

С точки зрения конструирования и расчета на прочность обечайка корпуса двигателя рассматривается как тонкая осесимметричная оболочка. Обечайки корпусов можно классифицировать: по применяемому материалу – на металлические и неметаллические; по форме, рис.3.1., - на цилиндрические, сферические и конические, а неметаллические обечайки могут иметь форму «полукокон» или «кокон»; по наличию сварных швов (металлические обечайки) - на сварные (с кольцевыми, спиральными и продольными швами) и бесшовные (раскатные и цельнотянутые). Обечайки могут быть гладкими, иметь приклеенные, припаянные или приваренные к ним местные элементы. Обечайки могут заканчиваться фланцами или переходами в днища. Наконец, обечайки могут быть одно и много-секционными, иметь промежуточные пояса жесткости (кольца, бандажи, хомуты).

Рис. 3.1. Формы обечаек РДТТ:

а - цилиндрическая обечайка; б - сферический корпус;

в - коническая обечайка; г – «полукокон»; д – «кокон».

 

Наиболее часто применяются цилиндрические обечайки, что обусловлено технологичностью такой формы, удобством габа­ритной компоновки РДТТ в составе ракеты. В настоящее время имеются конструкции двигательных установок с относительным удлинением цилиндрической части (L/D) 0,5...10. Меньшие зна­чения L/D соответствуют крупногабаритным РДТТ ( L , D – длина и диаметр оболочки, соответственно).

Большие значения L/D характерны для малогабаритных двигательных установок. Сферические корпуса обеспечивают минимальные значения относительной массы конструкции РДТТ, высокие коэффициенты заполнения топливом внутрикамерного объема.

Однако недостатком таких корпусов является трудность выполнения пространственно-га­баритной компоновки. РДТТ со сферическими корпусами нахо­дят применение в ракетно-космической технике. Конические корпуса не обладают какими-либо преимуществами в сравне­нии с цилиндрическими и сферическими корпусами, и приме­нение их может быть оправданным лишь из соображений про­странственно-габаритной компоновки РДТТ в составе ракеты.

Наряду с металлическими обечайками при изготовлении корпусов РДТТ используются комбинированные обечайки, состоящие из внутреннего металлического слоя, усиленного наружной обмоткой нитей из стеклопластика. Такая конструкция позволяет получить существенное увеличение несущей нагрузки по сравнению с равноценным по весу металлическим корпусом.

Аналогичные соображения принимаются во внимание при выборе формы днищ— переднего и соплового, рис. 3.2. Полу­сферические днища обеспечивают минимум массы при боль­шом внутреннем объеме, однако труднее компонуются в соста­ве ракеты. В частности, такие днища имеют наибольшие про­дольные габаритные размеры.

Рис.3.2. Формы днищ:

а- полусферическое днище; б - эллиптическое днище;

в - торосферическое днище; г - днище Бицено.

 

Эллиптические днища имеют не­достаток, состоящий в том, что в окрестности перехода от днища к обечайке возникают изгибные напряжения, а это тре­бует дополнительного упрочнения окрестности перехода. Тот же недостаток присутствует и в торосферических днищах, в которых часть контура сформирована сферой (часть в области оси симметрии корпуса РДТТ), плавно сопряженной с тором (в области перехода от днища к обечайке). Указанный недостаток несколько снижен в днище Бицено, отличающегося от торосферического тем, что в нем сфера сопрягается с поверхностью, образующейся вращением кри­вой:

,

 

где: х, y координаты, отсчитываемые от точки Е, рис. 3.2.

Радиус сферы в данном случае может быть принят:

Передние днища часто изготавливают отдельно от корпуса. В некоторых случаях с целью сокращения длины двигателя выпуклость днища может быть обращена вовнутрь.

К переднему днищу присоединяют следующую ступень ракеты, головную часть или носовой обтекатель, а также узлы крепления двигателя к летательному аппарату. Для повышения прочности переднего днища на его внешней поверхности выполняют ребра жесткости.

Заднее днище корпуса и сопло могут представлять собой единую конструкцию, но могут выполняться и из отдельных элементов. На заднем днище может быть размещено не одно, а несколько сопел.

Толщина стенок корпуса и днищ РДТТ зависит от давления в камере двигателя, применяемого материала и технологии изготовления, времени и условий работы.