Обечайка корпуса летательного аппарата

Обечайка корпуса летательного аппарата

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к конструкции корпусов скоростных летательных аппаратов (ЛА), преимущественно малых калибров.

Известны различные конструктивные схемы обечаек корпусов и отсеков скоростных ЛА типа самолетов и ракет, например, из легких металлических сплавов со специализированным силовым набором на базе шпангоутов, лонжеронов и стрингеров, вафельные, металлические и неметаллические трехслойные с заполнителем (соты, пенопласт, проницаемые для жидкостей и газов стержни), толстостенные литые из магниевых сплавов с работающей обшивкой - см., например, И.И. Архангельский, П.П. Афанасьев и др. "Проектирование зенитных управляемых ракет", М., изд-во МАИ, 1999, стр. 590-595.

Однако при переходе к малым (близким к снарядным) калибрам скоростных ЛА, для относительно небольших партий изготавливаемых изделий (в т.ч. на универсальном станочном оборудовании) такие конструктивные схемы обечаек становятся технически и технологически переусложненными с точки зрения критерия "эффективность - стоимость".

Известны конструктивные схемы корпусов скоростных ЛА типа снарядов, бомб, минометных мин, выполненные на технологически простом оборудовании и представляющие собой оболочечные тела вращения (цилиндр, конус, оживал и т.п.) и их сочетания с постоянной либо переменной по длине изделия толщиной гладкой несущей (силовой) стенки обечайки - см., например, А.В. Бабкин, В.А. Велданов и др. "Средства поражения и боеприпасы", М., изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008, стр. 250-288, 336-342, 615-631, 723-726 (ближайший аналог).

Однако технологичные конструктивные схемы корпусов ближайших аналогов существенно - на десятки процентов - проигрывают по массовому совершенству изделиям со специализированным силовым набором, что особенно проявляется с увеличением диаметра (калибра) ЛА.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание конструктивной схемы цилиндрической, конической и биконической обечайки корпуса скоростного ЛА, рациональной по критерию "эффективность - стоимость" в диапазоне диаметров между крупнокалиберными снарядными и характерными для управляемых ракет малой/средней размерности, в т.ч. с дополнительной стойкостью к тепловому нагружению.

Положительный технический результат достигается тем, что для обечайки с длиной образующей L и с гладкой несущей стенкой толщиной δ корпуса цилиндрической, конической или биконической формы - в стенке обечайки с одного или двух торцов осесимметрично выполнены глухие отверстия диаметром d и длиной таким образом, чтобы

Дополнительно в одну или более полость глухого отверстия может быть установлена теплоаккумулирующая вставка или балансировочная масса. При этом теплоаккумулирующая вставка может быть выполнена из материала с фазовым переходом при температуре не ниже +70°С. Для герметизации объема вставки в открытой части глухого отверстия может быть выполнена канавка диаметром D и глубиной h таким образом, чтобы

где - диаметр закраины пробки теплоаккумулирующей вставки, S -толщина закраины.

На фиг. 1, 2 приведен пример технического решения для цилиндрической, на фиг. 3 - для конической, на фиг. 4 - для биконической обечайки корпуса ЛА, в т.ч. малого калибра. На фиг. 5 представлен вариант обечайки с дополнительной стойкостью к тепловому нагружению.

Приняты обозначения:

1 - обечайка корпуса ЛА;

2 - глухое отверстие;

3 - резьбовое отверстие крепежа к смежному отсеку;

4 - теплоаккумулирующая вставка;

5 - балансировочная масса (вариант);

6 - пробка.

Функционирование устройства по предлагаемому техническому решению осуществляется следующим образом. Выполненные в "толстой" цилиндрической, конической или биконической обечайке поз. 1 глухие отверстия поз. 2 облегчения располагаются осесимметрично с целью упрощения технологии изготовления и балансировки корпуса. При этом к смежному отсеку ЛА корпус крепится по фланцу, например, посредством шпилечного (болтового) соединения через резьбовые отверстия поз. 3 (см. фиг. 1-4). В ряде случаев в глухих отверстиях поз. 2 могут располагаться теплоаккумулирующие вставки поз. 4 и/или балансировочные массы поз. 5. При этом отверстие поз. 2 может закрываться, в т.ч. герметично, специализированной пробкой поз. 6 (см. фиг. 5).

Конструктивная схема выполнения глухих отверстий поз. 2 диаметром d и длиной предполагает их, например, высверливание с одного либо двух торцов отсека таким образом, чтобы

здесь δ - толщина стенки обечайки поз. 1, [мм] - см. фиг. 1-4; L - длина образующей обечайки поз. 1, [мм] - см. фиг. 1, 3, 4.

В случае высверливания глухих отверстий поз. 2 с одного торца (при этом или ) - невыбранная часть представляет собой поперечный силовой элемент (аналог шпангоута) в противоположном торце корпуса (см. фиг. 3). Соответственно, в случае высверливания глухих отверстий поз. 2 с двух торцов - посредством подбора значений и обеспечивается заданное положение и размер "шпангоута" по длине корпуса, что особенно актуально для биконической формы обечайки поз. 1 в месте "перелома" конусности (см. фиг. 4).

Значения δ и L, определяемые в рамках представленного технического решения, выбраны из условия применения в конструкции корпуса ЛА металлических (легкие сплавы, сталь) либо неметаллических (композиты на основе стеклопластиков, боропластиков или углепластиков) материалов, при этом минимальная толщина стенки конструкционного материала в зоне глухого отверстия поз. 2 составляет 0,5 мм, максимальная - 4,0 мм.

В случае установки в глухое отверстие поз.2 теплоаккумулирующей вставки поз. 4, в т.ч. из материала с фазовым переходом (например, "твердое тело" - "жидкость") - отверстие поз. 2 может герметично закрываться "утопленной" под плоскость фланца пробкой поз.6. При этом в открытой части глухого отверстия поз. 2 выполняется канавка диаметром D<δ и глубиной h таким образом, чтобы

где - диаметр закраины пробки поз.6 теплоаккумулирующей вставки поз. 4, [мм]; S - толщина закраины пробки поз. 6 теплоаккумулирующей вставки поз. 4, [мм] - см. фиг. 5. Зависимости от выбраны из условия рационального сопряжения с параметрами и, одновременно, с учетом обеспечения типового фланцевого соединения корпуса со смежными отсеками ЛА.

Герметизация глухого отверстия поз. 2 пробкой поз.6 позволяет осуществлять фазовый переход (с расчетным изменением объемов/давления в каждом агрегатном состоянии) установленной в обечайке теплоаккумулирующей вставки (вставок) поз. 4 при значительных температурах аэродинамического нагрева конструкции корпуса ЛА (в т.ч. в составе головных отсеков ЛА). В частности, температура фазового перехода +70°С и выше позволяет сохранять твердое состояние теплоаккумулирующей вставки поз. 4 при всех стартовых режимах ЛА наземного/морского и внутрифюзеляжного воздушного базирования. При этом в полетных режимах обеспечивается - для наиболее теплонапряженных участков траектории - фазовый переход в заданном температурном интервале (для справки: температура торможения воздушного потока при скорости ЛА 500 м/с составляет около +125°С, при скорости ЛА 700 м/с -около +245°С, при скорости ЛА 1000 м/с - около +500°С).

В ряде случаев в глухое отверстие поз.2 может устанавливаться (с жесткой фиксацией в заданном положении) балансировочная масса (массы) поз. 5, в т.ч. одновременно с теплоаккумулирующей вставкой (вставками) поз. 4.

Применение предложенного технического решения целесообразно для скоростных ЛА относительно малых (снарядных) калибров, выпускаемых небольшими партиями на универсальном станочном оборудовании. По критерию "эффективность - стоимость - время создания и отработки" представленные варианты конструктивных схем цилиндрических, конических и биконических обечаек корпусов таких ЛА в целом ряде случаев превосходят традиционные.

1. Обечайка корпуса летательного аппарата цилиндрической, конической или биконической формы, включающая гладкую несущую стенку с длиной образующей L и толщиной δ, отличающаяся тем, что в стенке обечайки с одного или двух торцов осесимметрично выполнены глухие отверстия диаметром d и длиной l₁, l₂ таким образом, чтобы

δ=d+2(0,5-4,0) мм,

L=(l₁+l₂)+(2-20) мм.

2. Обечайка по п. 1, отличающаяся тем, что в одну или более полость глухого отверстия установлена теплоаккумулирующая вставка или балансировочная масса.

3. Обечайка по п. 2, отличающаяся тем, что теплоаккумулирующая вставка выполнена из материала с фазовым переходом при температуре не ниже +70°C.

4. Обечайка по п. 2, отличающаяся тем, что в открытой части глухого отверстия выполнена канавка диаметром D и глубиной h таким образом, чтобы

D=ƒ+(0,1-0,8) мм,

h=S+(0,1-2,0) мм,

где ƒ - диаметр закраины пробки теплоаккумулирующей вставки,

S - толщина закраины пробки.