Расчет на прочность камер ГДТ. Действующие нагрузки. Проектировочный расчет наружной оболочки корпуса камеры, страница 2

При расчете камер сгорания на прочность в качестве расчетного принимается режим работы  двигателя при полете у земли с максимальной скоростью в условиях низкой температуры наружного воздуха  Зависимость (1) получена из формулы для эквивалентных напряжений по третьей теории прочности:

                                (2)

где  - напряжения растяжения по образующей оболочки (окружные напряжения), равные:

В формулу (2) подставлены напряжения , т. к. эквивалентные напряжения  двухосного напряжения состояния:

Здесь  - осевые напряжения растяжения в наружной оболочке от действия давления газов:

Толщина  корпуса форсажной камеры на этапе проектирования может быть оценена по формуле:

                           (3)

где  - максимальное давление газов в форсажной камере на расчетном режиме;

 - максимальный радиус корпуса форсажной камеры;

 - предел прочности материала корпуса форсажной камеры при рабочей температуре;

 - коэффициент запаса прочности принимается равным

3. Проектировочный расчет внутренней оболочки корпуса камеры

Тонкостенные оболочки под воздействием внешнего давления, крутящего момента и осевой сжимающей силы способны сохранять первоначальную форму до определенной величины этих нагрузок. Повышение каждой из нагрузок сверх критического значения приводит к потери первоначальной формы оболочки еще при очень малых напряжений в ней. Это явление называется потерей устойчивости оболочки и проявляется в образовании вмятин в виде волн вдоль образующей оболочки.

Внутренняя оболочка корпуса камеры выполняется цилиндрической и для повышения жесткости усиливается кольцами, привариваемыми к ней точечной сваркой (рис. 3).

Рис. 3. Внутренняя оболочка корпуса

В работе внутренняя оболочка нагружается внешними избыточным давлением, крутящим моментом и осевой растягивающей силой. Если внешнее давление и крутящий момент вызывает потерю устойчивости оболочки, то осевая растягивающая сила способствует ее повышению.

В проектировочном расчете считается, что воздействие крутящего момента на устойчивость полностью компенсируется осевой растягивающей силой. При этом допущении в проектировочном расчете внутренней оболочки на устойчивость учитывается только внешне избыточное давление.

Целью проектировочного расчета внутренней оболочки камеры является определение количества подкрепляющих колец жесткости, обеспечивающих ее устойчивость. Для изотропных цилиндрических оболочек с равнорасположенными подкрепляющими кольцами возможны два вида потери устойчивости: местная  потеря устойчивости – вспучивание участков оболочки между кольцами жесткости, и общая потеря устойчивости оболочки вместе с подкрепляющими кольцами.

Критическое давление при местной потери устойчивости меньше, чем при обшей потери устойчивости. В связи с этим проектировочный расчет проводится для случая местной потери устойчивости. В этом расчете подкрепляющие кольца считаются жесткими. Запас по устойчивости  равен отношению:

                               (4)

где  - критическое давление, при котором оболочка теряет устойчивость;

 - максимальное избыточное давление газов в камере сгорания.

Коэффициент запаса устойчивости должен быть  В выполненных конструкциях толщина внутренней оболочки обычно равна толщине наружной оболочки  При  проектировочный расчет внутренней оболочки сводится к определению расстояния  между подкрепляющими кольцами жесткости:

                      (5)

где  - расстояние между подкрепляющими кольцами;

 - толщина внутренней оболочки камеры;

 - радиус внутренней оболочки камеры;

 - модуль упругости материала внутренней оболочки камеры при рабочей температуре, которую следует принимать равной температуре воздуха за компрессором на расчетном режиме.

Следует отметить, что если в результате расчета получится , то следует принять одно кольцо и разместить его посередине оболочки. При  следует уменьшить  и повторить расчет. Количество подкрепляющих колец жесткости должно быть равно:

,                             (6)

где  - длина внутренней оболочки камеры;

 - расстояние между подкрепляющими кольцами жесткости.

Кольца жесткости выполняются           и                 - образных сечений. Толщина колец принимается равной толщине оболочки. Этим обеспечивается улучшение качества точечной сварки.

Общая устойчивость внутренней оболочки, подкрепленной равнорасположенными кольцами и нагруженной внешним давлением, может быть оценена по формуле (1):

                       (7)

где  - длина внутренней оболочки камеры;

 - приведенная изгибная жесткость оболочки в тангенциальном направлении, равная:

                     (8)

Здесь  - изгибная жесткость оболочки;

 - момент инерции поперечного сечения кольца;