Определение геометрических параметров композитной оболочки металлокомпозитного ксенонового бака высокого давления

Определение геометрических параметров композитной оболочки металлокомпозитного ксенонового бака высокого давления

19 февраля 2016
Анискович Е. В.,
Чернякова Н.А.,
Еремин Н.В.,
Специальное конструкторско-технологическое бюро «Наука» Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук РФ, 660049, просп. Мира, 53
Александров В.А.,
Ханина Е.С.,
Говорова И.А.,
Кармадонов А.П.,
Козырев О.А.,
Бурдинский С.А.,
Кичалюк Э.В.
OOО НПО «СибЭРА», г. Красноярск, Телевизорная 4Б стр. 2.



Для расчетной оценки прочности, живучести и ресурса ксеноновых баков высокого давления (КБВД) необходимы данные по геометрическим размерам композитной оболочки баков. Поскольку толщина композитной оболочки бака в силу технологических особенностей изготовления существенно изменяет по образующей бака, от верхнего фланца, до зоны экватора бака, является важным знание закона изменения этой толщины.

Конструкция металлокомпозитного ксенонового бака высокого давления представляет собой армированную оболочку вращения, получаемую в процессе непрерывной намотки композитной ленты на тонкостенный металлический сосуд (лейнер) (рис. 1). Баки работают под воздействием внутреннего избыточного давлением газовой среды. Композитная силовая оболочка изготавливается спирально-кольцевым методом непрерывной намотки на лейнер пакетов угольных волокон в несколько слоев. Материал волокон - IMS60 или T1000. Связующим является эпоксидная смола [1-3].
Таким образом, КБВД представляет собой техническую систему, состоящую из двух основных частей: титановой сварной оболочки, силовой композитной оболочки и вспомогательных элементов конструкции (фланец и т.д.).

g55.JPG






Создание силовой композитной оболочки баков заключается в постепенной намотке композитной ленты на специальной намоточной машине. Композитная лента имеет ширину 19 мм и состоит из композитных волокон. Намотка ленты осуществляется в двух пересекающихся направлениях, крест на крест. Ввиду технологии намотки толщина стенки композитной оболочки неравномерна, она максимальна на верху, вблизи фланца бака и минимальна на экваторе бака [2-3]. Поэтому, для дальнейших исследований необходимо обладать информацией о точных значениях толщины стенки композитной оболочки по всей образующей бака.

Для определения фактических значений были произведены замеры толщины стенки композитной оболочки (см. рисунки 1-2), от верхней части оболочки (от фланца) до экватора бака, с шагом 10 мм. Значения измерялись штангенциркулем с точностью до десятых миллиметра. Результаты сведены в таблицу 1.

g56.JPG






По данным из таблицы 1 построен график зависимости толщины стенки композитной оболочки от расстояния от фланца до экватора композитной оболочки.

Формула изменения толщины стенки композитной оболочки:

g57.png                          (1)


где h – толщина композитной оболочки;
L – расстояние от экватора бака.

Используя полученную формулу, имеется возможность определить толщину стенки композитной оболочки без натурного измерения по всей длине образующей бака, от верхнего фланца до зоны экватора бака.

g58.png


















Рисунок 2. График изменения толщины композита
(величина достоверности аппроксимации R2=0,9931)


Литература:

1. Образцов И.Ф., Васильев В.В., Бунаков В.А. Оптимальное армирование оболочек вращения из композитных материалов. – М.: Машиностроение, 1977. – 145 с.
2. Комков М.А., Тарасов В.А. Технология намотки композиционных конструкций ракет и средств поражения: учеб. пос. Москва: изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 431 [1] с.: ил. – (Технологии ракетно-космического машиностроения).
3. Справочник по композиционным материалам: В 2-х кн. Кн. 1/Под ред. Дж. Любина; Пер. с англ. А.Б. Геллера, М.М. Гельмонта; Под ред. Б.Э. Геллера. – М.: Машиностроение, 1988. – 448 с.: ил.



Короткая ссылка на новость: https://a-economics.ru/~S9faO