ДВФУ Филиал г.Арсеньев

Проектирование композитного баллона высокого давления из ПКМ для пневмоблока двигателя 3Д81 изделия 3М80 «Москит»

 

 

Содержание

Введение ………………………………………………………………………………..3

Рассматриваемый ЛА и его характеристики …………………………………………5

Основные факторы влияющие на прочность изделия ……………………………....7

Проектировочный расчет геометрических параметров баллонов …..……...………8

Типы баллонов давления ………………………………………………………....….12

Конструкционные материалы для баллонов давления ……………..……………...13

Выбор наполнителя ………...………………………………………………………...16

Выбор связующего ……………………………………………………..………….....19

Проектирование композитного баллона высокого давления из ПКМ для пневмоблока двигателя 3Д81 изделия 3М80 «Москит» …………………………...20

Заключение ……………………………………………………………………………22

Список литературы …………………………………………………………………...23

Введение

Технический прогресс в различных отраслях и, особенно, в авиационно-космической технике неразрывно связан с разработкой и применением новых материалов и технологических процессов.

Достижения материаловедческой науки за последние десятилетия привели к созданию так называемых композиционных материалов (КМ), обладающих свойствами и преимуществами, которые практически недостижимы в традиционных металлических конструкционных материалах.

Среди разнообразных методов получения изделий из армированных пластиков существенно выделяется метод намотки. Особенность этого метода состоит в том, что он позволяет укладывать волокна армирующего материала в строго заданном направлении.

Активное развитие этого способа позволило создать методы проектирования, расчета и изготовления высоконагруженных конструкций, в частности, сосудов, работающих под внутренним давлением.

Среди конструктивных элементов оборудования современных летательных аппаратов (ЛА) сосуды давления – одна из важнейших и самых распространенных конструкций. Они производятся в виде баллонов, баков, газо- и гидрогенераторов и аккумуляторов и применяются в системах ЛА различного назначения, в частности, в системах жизнеобеспечения, управления, пожаротушения, наддува, антиобледенения.

Баллоны высокого давления для космических и авиационных систем изготавливаются преимущественно из высокопрочных сталей и титана с применением различных методов сварки.

Высокопрочные алюминиевые сплавы ограниченно используются для создания сварных баллонов высокого давления, так как они обладают меньшей прочностью, чем стали. Кроме того, из них трудно получить высококачественные сварные соединения.

Однако металлические сосуды давления не удовлетворяют высоким требованиям массовой эффективности, предъявляемым к современным ЛА. Кроме того, металлические баллоны давления при поражении имеют характерное осколочное разрушение, что значительно повышает уязвимость ЛА.

Высокая удельная прочность современных армирующих волокон (стеклянных, органических, борных, угольных) и высокий уровень технологии намотки, использование которой позволяет ориентировать волокна в направлении наиболее полного восприятия нагрузки, привели к созданию эффективных сосудов давления.

В конструкциях сосудов высокого давления цилиндрической или овалоидной формы высокие характеристики новых материалов могут быть реализованы наиболее полно.

Композиционные материалы обладают высокой удельной прочностью и поэтому способствуют уменьшению массы конструкции. Это свойство КМ используется прежде всего в авиа-космической технике, где избыточная масса требует затрат дополнительной энергии для ее транспортирования. [2]

 

Рис. 1 – Композитный баллон высокого давления.

 

 

 

Рассматриваемый ЛА и его характеристики

 

1- Комбинированная радиолокационная активно-пассивная головка самонаведения;

2- система навигации и автономного управления; 3- аккумуляторная батарея; 4- боевая часть проникающая, масса 300 кг; 5- топливный бак с системой забора; 6- стартовый РДТТ; 7- маршевый прямоточный воздушно-реактивный двигатель; 8- рулевой привод; 9- радиовысотомер.

 

Тактико-технические характеристики

• ТипБСУ: ИНС + радиовысотомер + активно-пассивная РЛГСН
• Носители:корабли, самолёты

 

Лётные данные

• Скоростьполёта

- крейсерская — 2,35 М

- максимальная — 2,8 М

• Дальностьпуска:

- 3М-80 — 10-90 км (до 250)

- 3М-80Е — 120 км

• Высотаполёта: 7-20 м
• Скоростьполёта носителя: 200—470 м/c
• Высотапуска: 12 км
• Послестартовыйразворот (сектор прицеливания): ±60°
• Температураприменения: ±60°С
• Времяпуска 4-х ракет в залпе: 15 сек.
• Темпстрельбы при залповом пуске: 5 сек.

 

Геометрические и массовые характеристики

• Длина:9,385 м (9,745)
• Размахкрыла: 2,1 м
• Диаметркорпуса: 0,76 м
• Диаметрракеты со сложенным крылом: 1,3 м
• Срокхранения в боеготовом состоянии на носителе: 1,5 лет
• Стартоваямасса:

          - 3М-80 - 3950 кг

          - 3М-80Е - 4150-4500 кг

• Боеваячасть: проникающая
  • МассаБЧ: 300 кг (320)
  • Массавзрывчатого вещества: 150 кг

Силовая установка

• Разработчик:ОКБ-670, МКБ «Союз» (г. Тураево)
• Двигатель:комбинированный 3Д80 (маршевый твердотопливный 

          ПВРД (3Д81/3Д83) и стартовый пороховойускоритель)

• Скоростьзапуска: 1,8-2,5 М
• Времязапуска: 0.5 сек.
• Времяработы: 250 сек.

 

 

 

 

 

Основные факторы влияющие на прочность изделия

Можно выделить основные факторы, влияющие на прочность изделий, изготовленных намоткой: натяжение арматуры, содержание связующего, температура пропитки, ширина формируемой ленты, шаг намотки. Натяжение волокнистых наполнителей при изготовлении намотанных изделий – один из наиболее эффективных технологических факторов регулирования механических свойств армированных полимеров.

Влиянию роли натяжения армирующего материала на выходные параметры наматываемых изделий посвящено значительное число исследований. Установлено, что за счет натяжения можно изменять прочность до 30%. При этом некоторые исследователи основное внимание уделяют фактору снижения степени искривления армирующих волокон за счет натяжения, однако при намотке толстых оболочек избежать искривления волокон нижних слоев не удается. Для исключения этого явления предлагается метод последовательного отверждения слоев.

Кроме изменения физико-механических характеристик натяжение позволяет обеспечить необходимое давление формования в процессе намотки и в сочетании с другими технологическими приемами способствует компенсации начальных напряжений, выпрямлению волокон и обеспечению равномерного содержания связующего по всей толщине пакета.

Один из структурно-технологических параметров при намотке баллонов – ширина наматываемой ленты. Из условия производительности желательно выполнять намотку с возможно большей шириной ленты. Однако при намотке фасонных изделий, когда нити укладываются по разнодлинным траекториям, это может приводить к разнодлинности арматуры за счет неодновременного вступления нитей в работу. Кроме того, использование лент с большей толщиной также приводит к разнонатяженности нитей в процессе намотки.

Намотку можно осуществлять тремя способами: внахлест, встык и с зазором. Очевидно, что при намотке встык количество пустот, микронеоднородностей, различий по длине отдельных нитей минимально, но такую намотку трудно выполнять технически, и рекомендуется делать незначительное технологическое перекрытие. Однако теоретические и экспериментальные исследования показали, что небольшое (около 20%) перекрытие может приводить к снижению реализованной прочности армирующих материалов до 20%.

Содержание наполнителя – важнейший фактор, влияющий на прочность композита. Так как основную нагрузку несет арматура, с увеличением ее объемной доли прочность и жесткость материала возрастают. Из этого, однако, не следует, что содержание арматуры должно стремиться к теоретическому пределу который составляет для однонаправленного композита примерно 90% по объему. Оптимальное значение этого показателя зависит от используемых компонентов, вида нагружения и условий эксплуатации. [1]

 

Проектировочный расчет геометрических параметров баллонов.

При проектировании оболочек, образованных намоткой однонаправленной лентой, можно с достаточной степенью точности пренебречь несущей способностью полимерного связующего, соединяющего волокна, и заменить ленту системой волокон, воспринимающих нагрузку только в одном направлении. Для обоснования этого предположения отметим, что, например, однонаправленная стеклолента при растяжении вдоль волокон обладает пределом прочности 120… 160*10⁷ Н/м², а при растяжении поперек волокон 2… 5*10⁷ Н/м². Кроме того, физическая картина работы конструкции при нагрузках, близких к разрушающим, как правило, соответствует нитяной системе, так как разрушение связующего наступает значительно раньше исчерпания несущей способности оболочки.

Для иллюстрации данного метода проектирования рассмотрим цилиндрическую оболочку радиуса R, образованную симметричной намоткой однонаправленной ленты под углом φ к образующей (рис.3). Оболочка нагружена внутренним давлением P и осевыми усилиями q, равномерно распределенными по краю. При этом безмоментные усилия

Рис. 3 - Схема нагружения оболочки.

 

;                                                   (1)

С другой стороны, в соответствии с принятой моделью материала эти усилия связаны с напряжениями в нитях соотношениями

Из (1), (2) можно заключить, что усилия могут восприниматься одной системой нитей только в том случае, когда

При P=const из (3) следует, что φ=const, т.е. оболочка армируется по геодезическим линиям цилиндрической поверхности. В частности, если рассматривается цилиндрический баллон давления (q=0,5), получаем известный результат  При этом оболочка геометрически неизменяема (рис.4).

Схема армирования при значениях φ, отличных от  геометрически неизменяема. Вследствие этого реализовывать оптимальный проект с точки зрения минимума массы практически не удается, так как изготовление реальной оболочки всегда связанно с наличием технологических погрешностей.

Угол армирования определяется из условия, что нить на днище совпадает с геодезической линией на поверхности (положением, которое нить стремиться занять при натяжении), тогда для φ(r) согласно уравнению Клеро можно записать

 

Рис. 4 - Схема расположения намоточной нити на цилиндрической части баллона.

 

где φ(r) – угол между осью оболочки в текущей координате днища; φ₀ – угол при замотке полюсного отверстия; r – текущий радиус днища; r₀ – радиус полюсного отверстия. Непрерывность намотки достигается тем, что на контуре полюсного отверстия угол φ₀ =П/2, затем направление движение нитеукладчика изменяется на противоположное. Тогда (4) преобразуется к виду

т.е. угол укладки спирального слоя на цилиндрической части оболочки определяется радиусом полюсного отверстия и радиусом оболочки по цилиндрической части.

Не всякая произвольно сконструированная оболочка может быть замотана конечным числом укладываемых лент. Для этого рассмотрим намотку спирального слоя оболочки с длиной цилиндрической части l (рис.5).

Рис. 5 - К расчету цилиндрической части оболочки.

 

Найдем угол поворота оправки α при условии, что лента, выйдя с днища (точка К), под углом армирования, завершит полный цикл. Тогда угол поворота оправки будет состоять из двух углов охвата днищ ψ и двух углов поворота оправки при укладке ленты по цилиндрической части:

Для застильной укладки лента должна вернуться в точку ее первоначального схода (точка К), но этого может не произойти, и она вернется в любую точку фланца (К₁, К₂).

Из условия симметричности (сбалансированности структуры стенки оболочки) необходимо, чтобы эта точка находилась на расстоянии, кратном длине окружности, т.е. 2ПR/K или по углу поворота 360⁰/К, где К=1,2,3…, m. Кроме того, в зависимости от длины цилиндрической части l и угла армирования (φ) оправка при укладке ленты по цилиндрической части повернется на угол 360⁰n, где n = 0,1,2,3,…, тогда

Приравняв (6) к (7) и выполнив преобразования, получим длину цилиндрической части оболочки:

где ψ подсчитывается теоретически или измеряется экспериментально на изготовленном днище, град.

Длина цилиндрической части оболочки рассчитывается табличным способом и выбирается числовое значение по конструктивным соображениям.

Следует заметить, что число К определяет порядок симметрии текстурного слоя и из условий удобства намотки нежелательно ее брать больше шести, так как это затрудняет процесс намотки. [3]

 

Типы баллонов давления

Так как по заданию необходимо спроектировать композитный баллон пневмоблока двигателя 3Д81 изделия 3М80 «Москит» имеющий цилиндрическую форму с сферическими днищами, то баллоны других видов (тороидальные и сферические) мною рассматриваться не будут.

Цилиндрические баллоны высокого давления чаще всего подразделяют на 4 типа (Рис.6):

 

Рис. 6 - Типы цилиндрических баллонов высокого давления.

 

• Тип 1 – Полностью металлические;
• Тип 2 – Металлокомпозитные. Металлический лейнер с не полной обмоткой композитным материалом;
• Тип 3 – Металлокомпозитные. Металлический лейнер с полной обмоткой композитным материаллом типа «кокон»;
• Тип 4 – Полностью композитные газовые баллоны. Лейнер выполнен из полиэтилена высокой степени сжатия либо полиамида и полностью обмотан углеродным или стекловолокном. [4]

Каждый из представленных выше типов имеет как положительные стороны, так и отрицательные. Исследовав каждый из них и сопоставив с требованиями предъявляемыми условиями эксплуатации изделия 3М80 «Москит», я принял решение проектировать баллон по типу 3.

Для этого имеется несколько причин:

• Металлический баллон применяемый на изделии имеет фланцы которые можно использовать для изготовления металлокомпозитного баллона по типу 3 (нет необходимости перевыпускать чертежи, переучивать рабочих, менять оборудование)
• Сваренные вместе фланцы и металлический лейнер образуют прочный каркас, который можно использовать как оправку для намотки композитного волокна.
• Данная конструкция позволяет обеспечить более надежную герметичность (что является не маловажным аспектом, учитывая роль пневмоблока в работе двигателя ракеты)
• Изделие 3М80 «Москит», является изделием разового использования, а следовательно осколочный взрыв баллона (осколки фланцев и лейнера) нанесут лишь запланированный урон.

 

Конструкционные материалы для сосудов давления

Во всех конструкциях различных ЛА используются сосуды давления, выполненные в форме сферы, цилиндра (с двумя днищами) или тора.

С целю снижения массовых характеристик сосудов для их изготовления используют высокопрочные стали, а также титановые или алюминиевые сплавы, обладающие высокими значениями удельной прочности. Известны также успешные попытки усиления металлической сварной оболочки обмоткой по наружной поверхности, выполненной из более высокопрочных проволок или лент.

Однако стремительно возрастающие требования к массовому совершенству изделий поставили конструкторов перед необходимостью использования для этих целей современных КМ, обладающих еще большими значениями удельной прочности и удельной жесткости.

Обычно КМ представляют собой сочетание множества высокопрочных волокон, а также полимерных матриц, соединяющих волокна друг с другом и распределяющих между ними рабочие усилия, действующие в изделии. Одновременность включения всех волокон в работу и их дальнейшая несущая способность, являются определяющими показателями конструкции и в значительной мере зависят от механических и адгезионных характеристик связующих матриц.

В связи с тем, что прочность и жесткость армирующих волокон во много раз превосходят по значению аналогичные показатели связующих, в большинстве прочностных расчетов эти параметры для связующего не учитывают. В силу специфики взаимодействия наполнителя и связующего в КМ наибольшее влияние на прочностные характеристики КМ оказывают модуль сдвига матрицы G, ее предел прочности на сдвиг τ_сд и адгезия к армирующим волокнам τ_а.

В сосудах давления армирующие нити стараются укладывать в направлении действия растягивающих усилий или их равнодействующей. В этом случае важно, чтобы сдвиговая и адгезионная прочность связующего были близки друг к другу, т.е. τ_{сд =} τ_а. Поэтому, стремясь к повышению одной из этих характеристик, необходимо соответственно повышать и другую. Увеличение τ_а приводит к существенному повышению предела прочности при растяжении однонаправленного материала.

Наибольшее распространение для изготовления сосудов давления, имеющих форму тел вращения, получил метод намотки высокопрочных нитей, пропитанных связующим, на вращающуюся оправку, которую удаляют из изделия после затвердевания связующего.

В качестве намоточных материалов для сосудов давления, для которых на первый план выступают требования высоких значений удельной прочности и массового совершенства, обычно используют стекло- и органопластики. Для получения оболочек, отличающихся высокой удельной жесткостью, применяют угле- и боропластики.

В таблице 1 приведены важнейшие механические характеристики этих четырех видов пластиков (это характеристики однонаправленных волокнитов на эпоксидном связующем, объемная доля наполнителя в которых составляет 60%).

В таблице 1 представлены характеристики боропластиков объемной долей наполнения 65-70%.

Предварительный анализ свойств этих четырех видов современных однонаправленных пластиков позволяет сделать правильный выбор намоточного материала в зависимости от рабочих усилий, действующих в конструкции сосуда давления и условий его эксплуатации. [1]

 

Таблица 1 - Основные механические характеристики пластиков

Характеристика	Стекло-пластик на основе ВМ-1	Органо-пластик на основе СВМ	Угле-пластик на основе УКН-350	Боропла-стик на основе борных нитей
Плотность, кг/м3*10-3	2,10	1,36	1,52	2,1
Предел прочности при растяжении, Мпа:
вдоль волокон	2000	1372	1235	1108
поперек волокон	35	27,4	41,2	63,8
Модуль упругости при растяжении и сжатии, Мпа:
вдоль волокон	78000	83700	130000	245000
поперек волокон	9100	5500	6180	-
Предел прочности при сжатии, Мпа:
вдоль волокон	2000	276	1100	1372
поперек волокон	140	130,3	137	246
Предел прочности при сдвиге, МПа	63	44,1	61,8	59
Модуль сдвига (вдоль волокон), Мпа	3500	2060	4800	9600
Коэффициент Пуассона	0,3	0,34	0,25	0,22

 

Выбор наполнителя.

Выбор наполнителя производил из анализа трех видов:

1. Стеклопластики:

Наполнители (нити, ровинги, ткани) на основе стеклянных волокон химически и биологически инертны, имеют высокие термостойкость и твердость, исключительную прочность при растяжении, идеальную упругость вплоть до разрушения, так как предел текучести не проявляется, а деформация разрушения не превышает 4...5 %. Температура размягчения стеклянных волокон - 720...870 °С. [3]

Стеклянные волокна не дефицитны, экологически чисты, имеют низкую стоимость, простую технологию и практически неограниченную сырьевую базу для производства. Высокая удельная поверхность волокон и наличие на ней гидроксильных групп обеспечивает полное смачивание стеклянных волокон жидкими полимерными связующими и их растворами. [3]

В научной литературе стеклянные волокна характеризуются как наполнители, обладающие высокой прочностью, высоким модулем упругости, малой гигроскопичностью, высокими диэлектрическими свойствами, химической устойчивостью, влагостойкостью, негорючестью и незагниваемостью по сравнению с другими синтетическими и природными волокнами, а по сравнению с объемными образцами стекол они обладают в 50 раз большей прочностью. [3]

Основной недостаток стеклянных волокон - их высокая хрупкость, обу­словливающая резкое снижение прочности волокон вследствие наличия сетки поверхностных трещин субмикроскопической глубины (до 0,3 мкм). Сетка трещин, или сетка дефектов, уменьшает прочность стеклянного волокна, в связи с чем требуется защита волокон путем нанесения на их поверхность технологических (текстильных) (парафиновой эмульсии, жирных кислот, поливинилового спирта) или гидрофобно-адгезионных замасливателей прямого действия (аппретов), представляющих собой аминосиланы и другие кремнийорганические соединения. [3]

Аппреты улучшают склеивание волокон и матрицы, создают эластичную низкомолекулярную полимерную пленку на поверхности элементарных волокон, улучшают смачиваемость стеклянного волокна связующим, способствуют увеличению адгезии, прочности сцепления на границе раздела стекло - полимер. [3]

2. Углепластики:

Во всем мире широко исследуются, разрабатываются и выпускаются многочисленные типы и марки углеродных волокон, обладающих ценными, а по ряду показаний непревзойденными механическими и теплофизическими характеристиками, большим потенциалом развития и перспективами получения уникальных свойств. Кроме того, углеродным волокнам присущи высокая теплостойкость, низкие коэффициент трения и КЛТР, высокая стойкость к атмосферным воздействиям и химическим реагентам, а также самые высокие значения удельной прочности и модуля упругости при растяжении. Перечисленные характеристики углеродных волокон предопределяют их широкое применение в качестве армирующих наполнителей КМ с полимерной, углеродной, керамической и металлической матрицами. [3]

Углеродные волокна обладают исключительно высокой теплостойкостью. В инертной среде их прочность и модуль упругости при растяжении практически не изменяются до температуры 1500°С. Чтобы углеродные волокна надежно работали при высо­ких температурах в окислительной среде, на их поверхность наносят газофазным способом защитные покрытия из пироуглерода, карбида кремния или нитрида бора. При температуре до 600...700°С углеродные волокна имеют отрицательное значение КЛТР вдоль оси волокна. [3]

3. Органопластики

Органотекстолиты на основе тканей из арамидных волокон СВМ и Русар и различных полимерных связующих. Отличительными особенностями органотекстолитов, кк конструкционных материалов являются: низкая плотность (это самые легкие конструкционные материалы), высокая выносливость при динамическом нагружении, высокие демпфирующие характеристики, устойчивость к ударным и эрозионным воздействиям. Органотекстолиты сохраняют высокую прочность и ресурс после значительных эрозионных и механических повреждений.

Это особенно важно при использовании органотекстолитов в вертолетах. В качестве примера можно привести применение органопластика Органит 11ТЛ в конструкции лопасти несущего винта вертолета Ми-28Н. Из органопластика изготовлены обшивки хвостовых секций лопасти. Обшивки толщиной 0,45 мм обеспечивают необходимые весовые и ресурсные характеристики лопасти. Благодаря особенностям механических свойств органопластики в авиационной технике решают проблему создания легких обшивок, стойких к динамическим нагрузкам, вибрациям, ударным и эрозионным воздействиям (обшивки элеронов, зализов, закрылков и др.).

Основным недостатком конструкционных органопластиков считается повышенное водопоглощение. Работы последних лет были направленны на то, чтобы сделать органопластики более устойчивыми к поглощению влаги. С этой целью были разработаны органопластики второго поколения на основе арамидного влокна Русар, которое появилось в России в конце 90-х годов. Использование волокна Русар взамен СВМ, а также оптимизация состава и технологии конструкционных органопластиков, позволили в 2 раза снизить их водопоглощение (до уровня не более 2%). Органопластики второго поколения на основе волокна Русар (Органит 12Т(М)-Рус, Органит 16Т-Рус, Органит 18Т-Рус и ВКО-19) имеют повышенные на 10-30% механические и эксплуатационные характеристики. Материалы надежны в теплом влажном климате. Уровень сохранения их свойств после влагонасыщения составляет не менее 80%. [5]

Проанализировав характеристики представленных выше материалов и данные приведенные в таблице 1 принял стеклопластик на основе ВМ-1.

 

 

 

Выбор связующего

В производстве КМ наиболее широко используют отверждающиеся связующие на основе ненасыщенных сложных эфиров, эпоксидные связующие, связующие, отверждающиеся по поликонденсационному механизму (феноло-, аминоальдегидные и кремнийорганические смолы), а также связующие на основе циклических олигомеров с концевыми функциональными группами.

Однако для сосудов давления, получаемых намоткой, от которых требуется высокая прочность и жесткость при небольшой массе конструкции в настоящее время используются связующие на основе эпоксидных и фенолоформальдегидных смол.

Исходя их сказанного выше принимаю эпоксидное связующее ЭДТ-10П.

Эпоксидное связующее ЭДТ-10 и раствор эпоксид­ного связующего ЭДТ-10П представляют собой композиции на ос­нове эпоксидных диановых смол, отвердителя и ускорителя. [3]

Эпоксидные связующие на основе эпоксидных смол наиболее универсальны и используются в равной степени в производстве композитных изделий, получаемых методами намотки и выкладки из стеклянных, органических, углеродных волокнистых ПКМ. [3]

 

Таблица 2 Характеристики эпоксидного связующего ЭДТ-10

 

 

 

Проектирование композитного баллона высокого давления из ПКМ для пневмоблока двигателя 3Д81 изделия 3М80 «Москит».

 

Заданием практической работы мне было предложено спроектировать композитный баллон высокого давления для ракеты «Москит».

В изделии 3М80 под кодовым именем «Москит», а точнее в двигателе 3Д81 применяемом на данной ракете используются металлические баллоны высокого давления.

Мною было принято решение спроектировать баллон способный конкурировать с уже готовым металлическим аналогом.

Проведя анализ способов изготовления конструкций из ПКМ был выбран способ изготовления методом мокрой намотки нитями из стекловолокна ВМ-1, пропитанными связующим ЭДТ-10П. Толщина композитного слоя определена по формуле:

                                                            (8)

где  _сп, - толщина композитного слоя;

_л - толщина стенки лейнера (0,5 мм);

Е_л - модуль упругости материала лейнера (2,15*10^-5 МПа);

Е_о - модуль упругости композиционного материала вдоль нити (0,7*10^-5 МПа);

Р_max - максимальное рабочее давление (35 Н/мм²);

R - средний радиус силовой оболочки на цилиндрической части лейнера (134 мм);

_т.л - предел текучести материала лейнера (830 Н/мм²).

Принимая в расчет тот факт, что производится только спиральная намотка (кольцевую решил не применять, чтобы не усложнять конструкцию) принимаем слой композита = 3 мм.

Баллон представляет собой два фланца сваренных с металлический лейнером (материал 30ХГСА), толщина лейнера 0,5 мм. На лейнер наматывается стекловолокно толщиной 3 мм.

Рис. 8 – Баллон пневмоблока двигателя 3Д81, изделия 3М80 «Москит» из ПКМ.

 

Итог проектирования представлен на (рис.8), а так же в качестве чертежей приложенных к данной работе.

 

 

 

 

 

Заключение

В ходе работы мною был спроектирован композитный баллон высокого давления превосходящий по всем параметрам уже имеющийся аналог на рассматриваемом изделии.

Мною был получен бесценный опыт проектирования уникальной конструкции которая получилась не только прочнее, но и гораздо легче (Вес металлической конструкции 7,1 кг, вес металлокомпозитной конструкции 2,9 кг, в итоге 4,2 кг разницы). Облегчение конструкции дает дополнительные возможности, такие как увеличение дальности полета или дополнительного заряда.

 

 

 

 

Список литературы

1. Буланов И.М. Сосуды давления из композитных материалов в конструкциях летательных аппаратов – М.: ЦНИИ информации, 1985. – 308с
2. Комков М.А. Технология намотки композиционных конструкций ракет и средств поражения: учебное издание / М.А. Комков, В.А Тарасов – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э Баумана, 2011. – 431 [1] с.: ил. – (Технологии ракетно-космического машиностроения)
3. http://xtrade-energy.ru/
4. http://viam-works.ru/

 

 ЧЕРТЕЖИ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

 

Скачать: Ballon.rar