Результаты расчетов динамики ускоренного подъема с пороховым аккумулятором давления и воздушным аккумулятором давления, страница 8

По этой причине определенными преимуществами будет обладать вытеснитель, изготовленный из композиционных материалов – углепластиков или органопластиков. По прочностным характеристикам эти материалы приближаются к  высокопрочным сталям, в то время как их плотность в 4,5 – 6 раз меньше плотности стали. И хотя эти материалы имеют и ряд отрицательных качеств, в частности анизотропию – неодинаковость количественных характеристик материала по различным направлениям, тем не менее, технология их производства в настоящее время позволяет создавать различные узлы, в том числе сосуды высокого давления, масса которых на 30-40% ниже массы аналогичных узлов, выполненных из высокопрочной стали. Современные технологии позволяют получать сосуды с удельной массой  (коэффициент весового совершенствования 400). Здесь, как и в предыдущем случае p - давление в кПа., V - объем в м³, М – масса сосуда в кг.

На рис. 3.3 показана схема вытеснителя, изготовленного с использованием композитных материалов. Вытеснитель состоит из металлической крышки 2 и корпуса. Корпус состоит из тонкостенного алюминиевого лейнера 3, слоя композиционного материала спиральной намотки 4 и слоя композиционного материала окружной намотки 6. Лейнер состоит из цилиндрической части, эллиптической части, торцевого шпангоута и фланца. Торцевой шпангоут вмотан в композитную оболочку способом разворота спирального слоя на 180⁰ и примотки его в канавку конического хвостовика шпангоута. Алюминиевый лейнер 3 одновременно является оправкой, на которую происходит намотка однонаправленных углеродных лент (препрега).

          Высокая прочность углепластика позволяет обеспечить требуемую прочность при толщине намотки 5мм. Тем не менее, для обеспечения надежности и повышения местной жесткости следует увеличить общую толщину стенки до 10 мм. Так как модуль упругости углепластика лишь незначительно ниже чем модуль упругости стали, то такой вытеснитель имеет местную жесткость на уровне вытеснителя для схемы с газогенератором, выполненного из стали или даже выше. Разделительный поршень 7 изготавливается литьем из высокопрочного алюминиевого сплава типа ВАЛ12, ВАЛ 14.

 

В отличие от схем с газогенератором в схемах с пневмобаллоном начальный объем газовой полости, как правило, целесообразно уменьшать. Если сферическое днище сместить в сторону газовой полости, то существенно возрастет неиспользуемый объем жидкости в вытеснителе. Для уменьшения этого объема возможно применение поршня с дополнительной сферической крышкой 5. Дополнительная крышка изготавливается штамповкой и вваривается поршень 7.

          Для рассматриваемого выше примера (подраздел 2.4) масса вытеснителя составляет 64кг; масса отдельных элементов распределяется следующим образом: стальное днище - 9кг, углепластик - 26кг, алюминиевый лейнер - 11кг, поршень - 18кг.

          Таким образом, коэффициент весового совершенства вытеснителя с использованием композиционных материалов достигает 50. Массу вытеснителя, выполненного с применением композиционных материалов, можно определить по формуле .

          Масса вытеснителя для схемы с пневмобаллоном существенно меньше, чем вытеснителя для схемы с газогенератором. Для работы привода в пневмобаллоне необходим запас сжатого воздуха  в объеме 250л под давлением 25МПа. Необходимо отметить, что расчеты для схемы с пневмобаллоном (подраздел 2.4) проводились для такого же гидроцилиндра с такими же координатами опорных точек, что и в схеме с газогенератором. При этом равновесное давление после переключения с первой на вторую ступень гидроцилиндра выше, чем в начальном положении, а после переключения со второй на третью ступень выше, чем после переключения с первой на вторую. Расположение гидроцилиндра на большем расстоянии от донного среза контейнера позволило бы улучшить закон изменения равновесного давления, что способствовало уменьшению объема баллонов, но увеличило бы массу самого гидроцилиндра.

Вместе с тем ППУ имеет развитую пневмосистему с объемом газовых баллонов высокого давления 300-400 литров. По этой причине целесообразно подавать в вытеснитель воздух или азот из этих баллонов. Расчеты показывают, что в этом случае на подъем расходуется порядка 20-25кг сжатого воздуха, то есть 20-30% от всей массы воздуха, находящегося в баллонах. После подъема эта масса остается в вытеснителе. Практически на такую же величину упадет давление в баллонах.

Первоначально баллоны заправляются азотом. После пуска ракеты для быстрого опускания контейнера давление из вытеснителя необходимо быстро стравить. Если ППУ будет оставаться на месте и продолжать находиться на грунтовых опорах, то азот необходимо стравить в боевой отсек. Это приведет к уменьшению температуры в нем и уменьшится опасность догорания контейнера. Если после пуска предполагается начать движение, а температура в боевом отсеке не вызывает опасений, необходимо надуть шины. Для накачки шин до номинального давления необходимо 50-60кг воздуха (азота). Учитывая, что после пуска масса ППУ уменьшилась на 40% на столько же можно уменьшить количество воздуха, закачиваемое в шины. После стравливания газа из вытеснителя в шины, давление в шинах поднимется до 0,6 от требуемого; для окончательного подъема давления в шины дополнительно подается газ из баллонов. Таким образом, на подъем контейнера сжатый газ не расходуется, расходуется только его энергия, (падает давление). Для охлаждения достаточно, чтобы давление газа составляло 1-2*10⁵Па, для накачки шин 7-8*10⁵Па, для заполнения амортизаторов 60-70*10⁵Па. Таким образом, оставшееся в вытеснителе и пневмобаллоне давление может использоваться для дальнейшей работы в пневмосистеме (высокое давление в баллонах необходимо только для уменьшения их объема).