СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В МАГИСТРАЛЯХ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ
METHOD OF COMPENSATING FOR DISPLACEMENTS IN PNEUMOHYDRAULIC SYSTEM LINES

Изобретение относится к ракетно-космической технике.
Магистрали пневмогидравлических систем состоят из трубопроводов, клапанов, компенсационных элементов, демпферов, ресиверов, фильтров и других элементов.
Компенсационные элементы магистрали обеспечивают работоспособность трубопроводов при взаимных деформациях соединяемых ими элементов магистрали (например, бака и двигателя), а варианты применения компенсационных элементов зависят как от величины и характера этих деформаций, так и от возможностей самих компенсационных элементов.
В зависимости от характера деформаций в качестве компенсационных элементов магистрали могут быть использованы трубопроводы с компенсационными лирами, трубопроводы с сильфонными компенсаторами угловых и осевых деформаций, металлорукава и др. в различных комбинациях.
Характер перемещений определяется деформациями, обусловленными силовыми, температурными и технологическими причинами.
Прямолинейные трубопроводы применяют при больших осевых и малых поперечных и угловых перемещениях соединяемых точек бака и двигателя, трубопроводы в виде двухзвенника - при больших поперечных и угловых перемещениях, а в виде трехзвенника - при широком диапазоне взаимных суммарных перемещений соединяемых точек бака и двигателя (см. «Ракеты-носители» под общей редакцией проф. С.О.Осипова. М.: Военное издательство Министерства обороны СССР, 1981, стр.195, 196).
Недостатком вышеописанных технических решений является то, что относительные перемещения элементов конструкций, которые необходимо компенсировать, рассматриваются в самом общем виде, без дифференцирования силовых, температурных и технологических причин, которые часто возникают одновременно в процессе эксплуатации конструкции.
Задачей изобретения является оптимизация относительных перемещений за счет дифференцированного подхода к определению перемещений при проектировании магистралей пневмогидравлических систем в результате действия различных причин (силовых, температурных, технологических), создание компактных устройств компенсации и, как следствие, обеспечение компенсации относительных перемещений в условиях ограниченного пространства.
Задача решается за счет того, что перед эксплуатацией сжимают, или растягивают, и/или сгибают компенсирующий элемент устройства компенсации в сторону, противоположную вектору результирующей расчетной величины относительных перемещений, до необходимых расчетных параметров компенсирующего элемента в пределах его работоспособности и устанавливают устройство компенсации в измененном положении в магистраль пневмогидравлической системы, причем вектор результирующей расчетной величины относительных перемещений получают в результате геометрического сложения максимальных по значению векторов относительных перемещений в каждой координатной плоскости, образующихся вследствие воздействия на магистраль в один и тот же момент времени любых силовых, температурных и технологических факторов.
С учетом дифференцированного подхода к определению перемещений при проектировании магистралей пневмогидросистем компенсационные устройства приобретают компактный вид, массовые затраты на компенсацию перемещений становятся оптимальными, а компенсационные возможности компенсирующих элементов используются максимально.
Анализ силовых, температурных и технологических перемещений во времени, действующих по всем направлениям системы координат на конструкцию магистрали показывает, что из общего ряда перемещений можно выбрать максимальные перемещения, которые действуют на конструкцию в одно и тоже время. По максимальным перемещениям определяют векторы перемещений в каждой координатной плоскости, по ним геометрическим сложением получают вектор результирующей расчетной величины относительных перемещений, который определяет основное направление относительных перемещений, его величина принимается расчетной для компенсации перемещений.
Способ компенсации перемещений в магистралях пневмогидравлических систем, например ракетного блока, реализуется следующим образом.
Отдельно по каждому направлению системы координат и по каждой силовой, температурной или технологической причине определяют относительные перемещения характерных точек магистрали, затем выбирают максимальные величины относительных перемещений по всем направлениям системы координат, действующих на конструкцию в одно и тоже время, и определяют максимальные по значению векторы относительных перемещений в каждой координатной плоскости, геометрическим сложением этих векторов получают вектор результирующей расчетной величины относительных перемещений, определяют кинематическую схему устройства компенсации и линейные и/или угловые параметры его компенсационных элементов, предусматривая максимальное использование их компенсационных возможностей в пределах работоспособности компенсационных элементов за счет их сжатия, или растяжения, и/или изгиба при монтаже устройства компенсации в составе пневмогидравлической магистрали в сторону, противоположную вектору результирующей расчетной величины.
При определении величин перемещений по каждому направлению, как правило, учитывают следующие случаи нагружения конструкций:
- транспортирование (в т.ч. кантование, подъем, укладка и т.п.);
- заполнение емкостей компонентом;
- воздействие температурных изменений (в т.ч. криогенными компонентами);
- полетное нагружение (в т.ч. при максимальном скоростном напоре, при разделении конструкций и т.п.).
Также следует учитывать технологические отклонения конструкций при их изготовлении и сборке.
Например, при использовании гофрированных сильфонов (не бронированных) в качестве компенсирующего элемента в общем случае принимают расчетную величину возможной компенсации перемещений его растяжением равной 2/3 от суммы расстояний между гофрами сильфона, а оставшаяся 1/3 может быть использована на сжатие (изгиб) сильфона. За счет таких ограничений в первом случае обеспечивается исключение потери устойчивости сильфона от чрезмерного его растяжения, а во втором - потери его герметичности от трения соседних стенок гофр в процессе эксплуатации конструкции. В отдельных случаях эти границы могут быть смещены или изменены.
При компенсации относительных перемещений, например, между фланцем бака (точка Б) и фланцем двигателя ракетного блока (точка В) принимается, что точка Б перемещается относительно точки В в направлении продольной оси блока при следующих режимах эксплуатации (за «плюс» принимается направление по полету, а за «минус» - против полета):
- «плюс» величина от захолаживания бака криогенным компонентом;
- «минус» величина от заправки бака компонентом;
- «минус» величина от проседания днища бака при воздействии перегрузки в процессе полета;
- «плюс» величина от воздействия максимального скоростного напора.
Например, максимальная расчетная величина вектора относительных перемещений будет равна плюсовой величине от воздействия максимального скоростного напора и минусовой величине от проседания днища бака при воздействии перегрузки в процессе полета, так как эти величины либо охватывают остальные величины либо меньше по значению и действуют в другое время.
Максимальная расчетная величина векторов перемещений точки Б относительно точки В в поперечном направлении на тех же режимах эксплуатации будет значительно меньше из-за большей жесткости конструкции блока в этом направлении.
Вектор результирующей расчетной величины относительных перемещений будет геометрически складываться из максимальных расчетных величин векторов относительных перемещений продольного и поперечного направления.
Технологические отклонения элементов конструкции (при изготовлении и сборке), участвующих в расчете перемещений, как правило, укладываются в рамках результирующей расчетной величины относительных перемещений точки Б относительно точки В.
Использование описанного выше способа компенсации перемещений позволяет оптимизировать относительные перемещения за счет дифференцированного подхода к определению перемещений при проектировании магистралей пневмогидравлических систем в результате действия различных причин (силовых, температурных, технологических), позволяет создавать компактные устройства компенсации и, тем самым, обеспечивать компенсацию относительных перемещений в условиях ограниченного пространства.