Несущие конструкции

Все элементы конструкции АНО подвержены воздействию каких-либо нагрузок. Однако несущими конструкциями называют лишь те, которые воспринимают («несут») большую часть внешних нагрузок, собственный вес элементов конструкции АНО, инерционные силы.

К внешним нагрузкам относятся вес ракет, сила воздействия газовой струи ракетного двигателя, ветровая нагрузка, избыточное давление во фронте ударной волны и др.

К несущим конструкциям относятся рамы базовых шасси; опорные рамы (балки) или силовые кронштейны, установленные на раме шасси; несущий корпус кабины (отсека управления); опорные домкраты системы вывешивания АНО; направляющие или контейнеры пусковых установок; ложементы; опорные, поворотные рамы и стрелы кранов и другие элементы.

Несущие конструкции определяют (задают) форму АНО и взаимное расположение его элементов в пространстве.

Основным показателем качества несущих конструкций является их масса при условии соблюдения их прочностных свойств. Поэтому отыскание наилучшего конструктивного решения при их разработке сводится к выбору несущей конструкции минимального веса.

Рамы базовых шасси АНО воспринимают основные нагрузки в статическом и динамическом (движение, пуск ракет) положениях.

Рамы базовых шасси многоцелевого назначения рассчитываются на нагрузки, соответствующие максимальной грузоподъемности. Однако компоновка специального оборудования может привести к распределению нагрузок, действующих на раму, отличному от расчетных. Для снижения местных нагрузок устанавливаются дополнительные опорные рамы, опорные балки и кронштейны.

Основные требования, предъявляемые к опорным рамам, определяются их назначением и условиями работы. Рамы обеспечивают базирование и неизменное взаимное расположение устанавливаемых на них механизмов и сборочных единиц, которое не должно изменяться в процессе эксплуатации АНО, поэтому опорная рама должна обеспечивать достаточную точность расположения присоединительных поверхностей и иметь требуемую жесткость.

Вес установленных элементов, динамические нагрузки, действующие на раму, требуют от нее высокой прочности.

Конструкция опорной рамы приведена на рисунке 20. Она представляет собой сварную конструкцию, основу которой составляют правая 2 и левая 3 продольные балки, соединенные между собой поперечными балками 1, ребрами и накладками, обеспечивающими монтаж элементов специальной части. Все балки и связи свариваются из гнутых профилей и имеют коробчатое сечение.

Применение листовых штампованных конструкций является эффективным средством уменьшения массы.

Для повышения жесткости без существенного увеличения массы несущих конструкций АНО применяются следующие основные конструктивные способы:

всемерное устранение изгиба, замена его растяжением или сжатием;

целесообразная расстановка опор для элементов, работающих на изгиб;

рациональное, но не сопровождающееся возрастанием массы увеличение моментов инерции сечений;

рациональное усиление ребрами, работающими предпочтительно на сжатие;

блокирование деформаций введением поперечных и диагональных связей;

применение сферических, сводчатых, яйцевидных и тому подобных форм для элементов коробчатого типа;

применение коробчатых, двущельных, ячеистых и сотовых конструкций для деталей типа плит.

Для повышения жесткости без увеличения массы элементов необходимо усиливать участки сечений, подвергающиеся при данном виде нагружения наиболее высоким напряжениям, и удалять ненагруженные и малонагруженные участки.

При изгибе напряжены сечения, наиболее удаленные от нейтральной оси.

При кручении напряжены внешние волокна, по направлению к центру напряжения уменьшаются, и в центре они равны нулю. Следовательно, целесообразно всемерно развивать наружные размеры, сосредотачивая материал на периферии и удаляя его из центра.

Наибольшей жесткостью и прочностью при наименьшей массе обладают развитые по периферии полые тонкостенные элементы типа коробок, труб и оболочек.

Пониженную прочность и жесткость тонколистовых конструкций компенсируют приданием коробчатых и сводчатых форм, выдавливанием рельефов, отбортовкой, введением связей, приваркой профилей жесткости.

На рисунке 21 приведено сравнение показателей различных профилей при изгибе. В основу сравнения положены условия равенства масс (площадей сечений).

За единицу приняты масса т, моменты сопротивления W и инерции J исходного профиля 1.

Придание наиболее целесообразной двутавровой формы профилям одинаковой массы увеличивает их прочность в 9 раз, а жесткость в 40 раз по сравнению с исходным профилем 1.

При изгибе и кручении профилей особенно эффективны диагональные связи. Даже при одной диагональной связи моменты инерции сечения 5 увеличиваются в 1,55-3 раза при незначительном увеличении массы (в 1,26 раза).

Увеличение габаритных размеров и уменьшение толщины стенок несущих конструкций коробчатого сечения выдвигают на первый план повышение поперечной жесткости и предотвращение потери устойчивости.

Для предупреждения прогиба вертикальных стенок 1 (рис. 22) и перекоса профиля 2 под действием нагрузок наиболее эффективным является введение поперечных и продольных связей 3, 4, 5.

Рис. 22. Увеличение жесткости и устойчивости

тонкостенных балок

Для увеличения жесткости на стенках несущих конструкций выбивают рельефы, формы которых показаны на рисунке 23.

Рис. 23. Рельефы жесткости

Рельефные валики должны располагаться вдоль плоскости действия изгибающего момента (рис. 24а), так как обратное расположение (рис. 24б) не увеличивает жесткости. Наилучшим расположением валиков для прямоугольных пластин является диагональное (рис.24в).

Расчеты типовых несущих конструкций представлены в соответствующих разделах данного учебника.