В течение ряда лет на кафедре “Стартовые ракетные комплексы” МГТУ
им. Н.Э. Баумана проводились работы по исследованию несущей способно-
сти агрегатов СС при их отводе. Физическое моделирование конструкций от-
водимых агрегатов осуществлялось с использованием метода конечных эле-
ментов и метода суперэлементов. Основные геометрические характеристи-
ки агрегатов, их жесткостные и массовые свойства учитывались в моделях
путем задания соответствующих характеристик конечным элементам (КЭ)
и их ориентации в пространстве (введением в узлы модели дополнитель-
ных сосредоточенных масс). Учет кинематики осуществлялся наложением
на узлы моделей соответствующих внешних и внутренних связей. Для учета
особенностей взаимодействия отдельных элементов в моделях агрегатов СС
использовались упругие нелинейные связи. В качестве примера физического
моделирования на рис. 2 приведены конструктивная и расчетная схемы си-
стемы опорная ферма – сектор силового пояса – несущая стрела – основание
опорной фермы СС для РН “Союз 2”, а на рис. 3 — конструктивная и расчет-
ная схемы направляющего устройства СС для РН “Союз 2-1в”.
Весовые узловые нагрузки модели агрегата СС формировались из весо-
вых узловых нагрузок всех конечных элементов модели и весов дополни-
тельных сосредоточенных масс. Воздействие струй двигательной установки
(ДУ) РН на конструкции агрегатов проявляется в виде динамического да-
вления и нагрева. Нагрузки, вызванные скоростным напором струй ДУ РН,
рассматривались как воздействие скоростного напора ветра и определялись
согласно работе [1]. Полная газодинамическая нагрузка, действующая на КЭ
модели, представлялась в виде произведения статической составляющей га-
зодинамической нагрузки и коэффициента динамичности.
Для расчета изменения температур конструкций агрегатов СС комплекса,
напряжений и деформаций, вызванных нагревом, была предложена методи-
ка [2], позволяющая проводить прогнозирование температур и температур-
ных напряжений в различных элементах конструкций стартового оборудова-
ния при газодинамическом воздействии струй ДУ РН.
Методика базируется на решении двух задач: задачи моделирования про-
цессов теплообмена в конструкциях СС при воздействии на них струй ДУ
РН и задачи математического моделирования тепловых деформаций.
Методика моделирования процессов теплообмена позволяет, исходя из
параметров струй ДУ РН, получить распределение температур в элементах
конструкции СС для различных моментов времени и задать это распределе-
ние в ее конечно-элементной модели.
Моделирование тепловых деформаций осуществляется путем ввода в мо-
дель фиктивных сил, влияние которых на конструкцию эквивалентно тепло-
вой нагрузке.
Узловые инерционные нагрузки определяли, исходя из расчетного анали-
за кинематики отвода подвижных элементов агрегатов СС. Кинематические
параметры отвода элемента агрегата в зависимости от его жесткости мож-
но найти, рассматривая движение агрегата как жесткого целого, так и как
упруго-массовой системы. Суть методик, описывающих данные подходы,
приведена соответственно в работах [3 и 4]. С помощью данных методик
можно не только определить параметры движения отводимой конструкции
(следовательно, и инерционные силы), но и выбрать тип тормозящего устрой-
ства и характер его работы.
Поведение физической модели отводимого агрегата СС при статическом
нагружении можно описать системой линейных алгебраических уравнений,
которая в матричной форме имеет вид [5]
{
V
}
= [
L
]
∙ {
v
}
,
(1)
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2011. № 1 33
