ДИНАМИЧЕСКОЕ НАГРУЖЕНИЕ ТОНКОСТЕННОЙ КОНИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ С УЧЕТОМ НАЛИЧИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ МАССЫ

На современном этапе развития авиационной и ракетной техники все сильнее возникает необходимость учета быстродействующих, высокоскоростных процессов ударного взаимодействия элементов конструкции с внешними нагрузками, представленными как силовыми факторами (продольная сила или изгибающий момент), так и равномерно распределенным аэродинамическим давлением. В статье исследуется динамический отклик неравномерно нагретой тонкостенной конической оболочки вращения, моделирующей головной обтекатель летательного аппарата, в условиях высокоскоростного нагружения ударной волной в газовой среде. Напряженно-деформированное состояние оболочки, возникающее в результате предварительного неравномерного нагрева ее поверхности, определяется из решения уравнений термоупругого равновесия. Температурное поле может быть задано в виде функциональной зависимости любого вида как по окружной, так и по продольной координате тонкостенной осесимметричной оболочки. Решение динамической задачи состоит в интегрировании нелинейных уравнений движения оболочки и присоединенной к ее носовой части дополнительной массы при заданных начальных смещениях, нулевых начальных скоростях и граничных условиях, соответствующих закреплению обтекателя. В работе приводятся результаты решения системы уравнений в виде зависимостей от времени с момента начала ударного воздействия фронта внешнего давления для перемещений и напряжений, возникающих в тонкостенной конструкции. Представлены зависимости для различных вариантов исполнения конструкции оболочки с учетом изменения как толщины самой оболочки, так и присоединенной массы. Показано, что условия начального неравномерного нагрева оболочки приводят к отклонению носка по величине сопоставимому с величиной перемещений от собственных свободных колебаний. При этом значения напряжений в оболочке для района ее закрепления в большей степени зависят от ее толщины, чем от величины присоединенной массы.

обтекатель, оболочка, масса, летательный аппарат, термосиловое нагружение

1. Tekinalp O., Cavus N. Multiobjective Conceptual Design of an Unmanned Combat Air Vehicle. Proceedings of 12th AIAA Aviation Technology, Integration, and Operations (ATIO) Conference and 14th AIAA/ISSM. Indianapolis. Indiana. 17-19 September 2012. pp. 146-158

2. Волкинд Д.К., Рогов Д.А. Напряженно-деформированное состояние обтекателя высокоскоростного ЛА // Материалы пользовательской конференции ANSYS 2013. Москва. 15-17 июня. М., 2013. С. 78-80

3. Григолюк Э.Н., Горшков А.Г. Нестационарная гидроупругость оболочек. Л.: Судостроение, 1974. 208 с

4. Кабанов В.В. Устойчивость цилиндрической оболочки при сжатии, боковом давлении и нагреве // Тепловые нагружения в элементах конструкции. Вып. 4. Киев: Наукова думка, 1974. С. 129-132

5. Туркин И.К. Динамическая устойчивость подкрепленной цилиндрической оболочки при термосиловом нагружении // Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции «Современные проблемы строительной механики и прочностей ЛА». Харьков, 1991. С. 75

6. Туркин И.К. Проектирование тонкостенных конструкций ЛА, функционирующих в экстремальных условиях. М.: Изд-во МАИ. 2000. 304 с

7. Туркин И.К., Рогов Д.А. Исследование динамического поведения конического обтекателя ЛА при сложном термосиловом нагружении // Научный Вестник МГТУ ГА. 2016. № 225. C. 166-172

8. Чернова Н.Д. Реакция конической оболочки на действие подвижной нагрузки с учетом предварительного нагрева. Гос. деп. ВИНИТИ 18.02.1983. № 917-83

9. Туркин И.К. Динамическое поведение тонкостенной конической оболочки ЛА под действием ударной волны и неравномерного нагрева // Материалы XXI Международного симпозиума «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» им. А.Г. Горшкова. Т. 2. М.: ООО «ТРП», 2015. С. 79-83

10. Кирюшина В.В., Фетисов В.C., Коваленко П.В. Оценка прочностной надежности головного обтекателя ЛА из стеклокерамики в серийном производстве // Материалы XXI Международной научно-технической конференции «Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов». Обнинск, 5-7 октября 2016. Обнинск, 2016