Рабочие площади ступеней гидроцилиндра можно определить из формул (4.4):
(4.11)
По этим площадям можно определить значения максимальных равновесных давлений для каждой из ступеней:
.
(4.12)
Также представляют интерес начальное и конечное значения равновесного давления:
. (4.13)
Полученные значения позволяют в первом приближении оценить суммарную массу одного гидроцилиндра:
(4.14)
Здесь m0 – постоянная составляющая массы гидроцилиндра. Для рассматриваемых параметров ППУ m0=40-60 кг. В принципе для определения суммарной массы можно воспользоваться более точной методикой, рассмотренной ниже, но на этапе сравнения вариантов определять целый ряд величин, не оказывающих существенного влияния на суммарную массу, нецелесообразно. Заметим, что масса жидкости в гидроцилиндре может в первом приближении считаться пропорциональной массе гидроцилиндра.
Проведенные расчеты показывают, что при удалении нижней опоры гидроцилиндра от донного среза контейнера (при возрастании величины zA), уменьшается максимальная равновесная сила, и улучшается соотношение между равновесными давлениями при страгивании и переключениях ступеней, но увеличивается длина гидроцилиндров. Равновесная сила по мере подъема монотонно падает, причем скорость падения этой силы по углу подъема ТПК тем выше, чем больше расстояние от донного среза ТПК до нижней опоры гидроцилиндра. Начиная с некоторого расстояния равновесное давление в начальный момент и равновесные давления после переключения каждой последующей ступени образуют убывающую последовательность.
При уменьшении расстояния от донного среза ТПК до нижней опоры гидроцилиндра из-за увеличения равновесной силы приходится увеличивать диаметр гидроцилиндра и из условия компоновки - дополнительно понижать высоту крепления верхней опоры. Это дополнительно увеличивает равновесную силу, а, следовательно, диаметр и массу гидроцилиндра. Кроме того, при малых расстояниях равновесная сила возрастает по мере подъема. Еще быстрее (с учетом уменьшения рабочей площади при переключениях ступеней) возрастает равновесное давление.
Таким образом, сопоставление разных вариантов расположения опорных точек (величин zA и связанной с ней xB – см. формулу (4.1)) можно проводить по критерию минимальной суммарной массы гидроцилиндра – см. формулу (4.14). Следует отметить, что помимо этого критерия при выборе параметров нужно учитывать, что при неудачных расположениях опорных точек силового треугольника может возникнуть ситуация, когда ограничение по допускаемым перегрузкам ракеты при переключении ступеней гидроцилиндра в принципе не может быть выполнено или требует установки ракеты на более мягкие опоры, которые при этом будут играть роль виброизоляторов. В лучшем случае неудачный закон изменения давления может привести к необходимости установить дроссель с большим перепадом, что приведет к росту давления в вытеснителе и расхода энергии. Поэтому желательно, чтобы последовательность значений равновесных давлений при страгивании, переключениях ступеней и в конце: p2равн0, p2равн1 ,… p2равнNгц, p2равн к - была убывающей (чем убывание сильнее – тем лучше) или, по крайней мере, чтобы возрастание было незначительным. Особенно актуальным является это требование в схеме с пневмобаллонами. Поскольку при увеличении zA соотношения между этими параметрами изменяются в стороны более предпочтительных, можно рекомендовать выбирать значение zA в 1,1-1,3 раза большее, чем оптимальное по критерию массы. В любом случае, для выбранных размеров следует провести проверочные динамические расчеты по модели, описанной в разделе 3 при разных сочетаниях случайных факторов.
Одной из основных причин появления значительных перегрузок при быстром подъеме вне зависимости от типа привода, является скачкообразное изменение рабочей площади гидроцилиндра при переключении ступеней. Поэтому уменьшение разности рабочих площадей при переключении будет способствовать уменьшению перегрузок. Заметим, что эта разность определяется толщинами стенок ступеней гидроцилиндра и зазорами между цилиндрами соседних ступеней. Поэтому гидроцилиндр есть смысл делать из высокопрочных материалов, причем целесообразно выбирать материалы с таким допускаемым напряжением [σ], для которых значение толщин ступеней, определяемое по формуле (4.5) ближе всего (с запасом) к минимальному значению, определяемому устойчивостью (4-5 мм).
Существуют схемы с одновременным выдвижением ступней за счет гидравлических или механических связей. Однако в первом случае диаметр многоступенчатого гидроцилиндра увеличивается почти в два раза, а во втором случае его габарит за счет силовых рычагов увеличивается более, чем в два раза. Как показали исследования, несмотря на значительное увеличение массы привода, существенного уменьшения времени подъема с такими цилиндрами достигнуть не удается, его начинают ограничивать перегрузки при торможении.
При выборе опорных точек силового треугольника необходимо рассматривать также процессы при опускании контейнера. Для опускания контейнера необходимо сначала под давлением подать масло в камеру штоковой полости (камеры противодавления). Далее после полного сжатия последней ступени (заполнения камеры противодавления) контейнер опускается под действием веса. Необходимо чтобы момент от собственного веса контейнера без стартовавшей ракеты был заведомо выше, чем момент от ветра, который может противодействовать опусканию.
С увеличением числа ступеней гидроцилиндра уменьшается его суммарная длина в сложенном состоянии, однако усложняется конструкция, компоновка (может оказаться, что площадь камеры противодавления будет недостаточной и придется увеличивать диаметры всех ступеней). Кроме того, затрудняется опускание контейнера без ракеты (иногда приходится устанавливать камеры противодавления на всех ступенях).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.