RU2727211C1 - Device for testing strength of reinforcing plates of elastic nozzle hinge of solid-propellant rocket engine - Google Patents

Device for testing strength of reinforcing plates of elastic nozzle hinge of solid-propellant rocket engine Download PDF

Info

Publication number
RU2727211C1
RU2727211C1 RU2019124368A RU2019124368A RU2727211C1 RU 2727211 C1 RU2727211 C1 RU 2727211C1 RU 2019124368 A RU2019124368 A RU 2019124368A RU 2019124368 A RU2019124368 A RU 2019124368A RU 2727211 C1 RU2727211 C1 RU 2727211C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plate
testing
strength
elastic hinge
solid
Prior art date
Application number
RU2019124368A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Павлович Рябков
Владимир Михайлович Осокин
Александр Анатольевич Чмыхов
Андрей Сергеевич Бондаренко
Original Assignee
Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" filed Critical Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра"
Priority to RU2019124368A priority Critical patent/RU2727211C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2727211C1 publication Critical patent/RU2727211C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/96Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by specially adapted arrangements for testing or measuring
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00Testing of engines
    • G01M15/14Testing gas-turbine engines or jet-propulsion engines
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/22Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady torsional forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: test equipment.
SUBSTANCE: invention relates to experimental testing of strength of elastic hinges (EH) of rotary control nozzles of solid-propellant rocket engines (SPRE) and can be used in optimization of design of EH. Disclosed is a device for testing the strength of the plates by loading them separately, outside the design of the elastic hinge assembly, with an axial compressive force, which enables to simulate their operation as part of an elastic hinge of the SPRE nozzle.
EFFECT: this device is especially useful in development of design of elastic hinge with plates from plastic, when there is a problem of selecting the most suitable plastic brand from among the offered by industry; in this case, costs are significantly reduced, and development process is accelerated by excluding manufacture and testing of structure of elastic hinge assembly.
1 cl, 3 dwg

Description

Устройство для испытаний на прочность армирующих тарелей эластичного шарнира сопла ракетного двигателя на твердом топливеA device for testing the strength of the reinforcing plates of the elastic hinge of the solid propellant rocket engine nozzle

Изобретение относится к области экспериментальной отработки прочности эластичных шарниров (ЭШ) поворотных управляющих сопел ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ) и может быть использовано при оптимизации конструкции ЭШ.The invention relates to the field of experimental testing of the strength of elastic hinges (ESH) of rotary control nozzles of solid propellant rocket engines (SRMT) and can be used to optimize the ESH design.

С целью определения коэффициентов запаса прочности ЭШ его нагружают нагрузками, приводящими к разрушению армирующих тарелей, являющихся наиболее слабым его элементом.In order to determine the safety factors of the ES, it is loaded with loads that lead to the destruction of reinforcing plates, which are its weakest element.

Армирующие тарели ЭШ представляют собой тонкостенные оболочки в виде кольцевых сферических поясов, у которых толщина в 30-60 раз меньше размера вдоль меридиана (образующей), длина которого, в свою очередь, в 20-40 раз меньше длины окружности тарели. Это позволяет рассматривать при испытаниях армирующую тарель как кольцо с тонкостенным профилем. Описание конструкции ЭШ приведено, например, в монографии: «Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе», под общ. ред. чл.-корр. РАН, проф. Л.Н. Лаврова - М: Машиностроение, 1993, стр. 154, рис. 3.29.Reinforcing plates ESh are thin-walled shells in the form of annular spherical belts, whose thickness is 30-60 times less than the size along the meridian (generatrix), the length of which, in turn, is 20-40 times less than the circumference of the plate. This makes it possible to consider the reinforcing plate as a ring with a thin-walled profile during testing. A description of the ESh design is given, for example, in the monograph: "Designs of solid fuel rocket engines", under total. ed. Corresponding Member RAS, prof. L.N. Lavrova - M: Mechanical Engineering, 1993, p. 154, fig. 3.29.

Известна конструкция устройства для испытаний на сжатие образцов различных материалов, применяемых в машиностроении (ГОСТ 25.503-97, приложение В, рисунок В.1).Known design of a device for testing the compression of samples of various materials used in mechanical engineering (GOST 25.503-97, Appendix B, Figure B.1).

Недостатком данной конструкции является невозможность обеспечения условий нагружения отдельной тарели ЭШ, соответствующих условиям ее нагружения при работе в составе сопла. Для обеспечения этих условий тарель должна быть нагружена погонным крутящим моментом, распределенным вдоль кольцевой центральной линии тарели.The disadvantage of this design is the impossibility of providing loading conditions for a separate ESh plate, corresponding to the conditions of its loading when operating as part of a nozzle. To ensure these conditions, the plate must be loaded with linear torque distributed along the circular center line of the plate.

Технической проблемой данного изобретения является разработка устройства для испытаний на прочность армирующих тарелей ЭШ, позволяющего экспериментально испытать на прочность одну отдельно взятую тарель ЭШ путем нагружения ее погонным крутящим моментом, распределенным вдоль кольцевой центральной линии тарели.The technical problem of this invention is the development of a device for testing the strength of reinforcing plates ESH, which makes it possible to experimentally test the strength of one single ESH plate by loading it with a running torque distributed along the circular center line of the plate.

Технический результат заключается в том, что в предлагаемом устройстве тарель испытывается вне конструкции эластичного шарнира осевой сжимающей силой, обеспечивающей нагружение ее погонным крутящим моментом, распределенным вдоль кольцевой центральной линии тарели, в результате чего затраты на отработку прочности ЭШ существенно снижаются, а процесс отработки ускоряется.The technical result consists in the fact that in the proposed device the plate is tested outside the structure of the elastic hinge by an axial compressive force, which provides loading of it with a linear torque distributed along the circular center line of the plate, as a result of which the costs of developing the ESH strength are significantly reduced, and the mining process is accelerated.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для испытаний на прочность армирующих тарелей эластичного шарнира сопла ракетного двигателя на твердом топливе, содержащее кольцевое основание и нагрузочное кольцо, между которыми размещается испытуемая тарель, наружная поверхность кольцевого основания выполнена эквидистантно внутренней поверхности тарели со стороны большего торца с возможностью приложения давления по части внутренней поверхности тарели со стороны ее большего торца, а внутренняя поверхность нагрузочного кольца выполнена эквидистантно наружной поверхности тарели со стороны меньшего торца с возможностью приложения давления по части наружной поверхности тарели со стороны ее меньшего торца, при этом между эквидистантными поверхностями размещены резиновые прокладки.The technical result is achieved by the fact that in the device for testing the strength of the reinforcing plates of the elastic hinge of the nozzle of a solid fuel rocket engine, containing an annular base and a load ring, between which the test plate is placed, the outer surface of the annular base is made equidistantly to the inner surface of the plate from the side of the larger end with the possibility of applying pressure along a part of the inner surface of the plate from the side of its larger end, and the inner surface of the load ring is made equidistantly to the outer surface of the plate from the side of the smaller end with the possibility of applying pressure along a part of the outer surface of the plate from the side of its smaller end, while rubber is placed between the equidistant surfaces gaskets.

Отличительные признаки предлагаемого технического решения являются существенными.Distinctive features of the proposed technical solution are essential.

Наружная поверхность кольцевого основания вместе с приклеенной к ней резиновой прокладкой эквидистантная по узкой кольцевой площадке внутренней поверхности тарели со стороны ее большего торца обеспечивает при осевом сжатии реакцию на тарель в виде давления по упомянутой выше узкой кольцевой площадке.The outer surface of the annular base, together with the rubber gasket glued to it, equidistant along the narrow annular area of the inner surface of the plate from the side of its larger end, provides a reaction to the plate in the form of pressure along the aforementioned narrow annular area during axial compression.

Аналогично, внутренняя поверхность нагрузочного кольца вместе с приклеенной к ней резиновой прокладкой эквидистантная по узкой кольцевой площадке наружной поверхности тарели со стороны ее меньшего торца обеспечивает при осевом сжатии реакцию на тарель в виде давления по соответствующей узкой кольцевой площадке.Similarly, the inner surface of the load ring, together with the rubber gasket glued to it, equidistant along the narrow annular area of the outer surface of the plate from the side of its smaller end, provides, during axial compression, the reaction to the plate in the form of pressure along the corresponding narrow annular area.

При плотном, под действием осевого сжатия, контакте, благодаря резиновым прокладкам, давление реакций распределится достаточно равномерно в кольцевом направлении по площадкам контакта практически по нормали к ним. Действуя по внутренней поверхности тарели у ее большего торца и по наружной поверхности тарели у ее меньшего торца, давления реакций образуют погонный крутящий момент относительно кольцевой центральной линии тарели. Величина осевого сжатия, необходимого для создания погонного крутящего момента равного погонному крутящему моменту, действующему на тарель при ее работе в составе ЭШ, определяется по методике, приведенной ниже.With a tight, under the action of axial compression, contact, thanks to the rubber gaskets, the reaction pressure will be distributed quite evenly in the annular direction along the contact areas, practically along the normal to them. Acting on the inner surface of the plate at its larger end and on the outer surface of the plate at its smaller end, the reaction pressures form a linear torque relative to the circular center line of the plate. The amount of axial compression required to create a linear torque equal to the linear torque acting on the plate during its operation as part of the ES is determined by the method described below.

На фиг. 1 показана схема устройства для испытаний отдельной тарели ЭШ погонным крутящим моментом.FIG. 1 shows a diagram of a device for testing a separate ESH plate with a linear torque.

На фиг. 2 показана схема распределения давления по газовому тракту сопла для расчета осевой силы, действующей на отдельную тарель в штатных условиях ЭШ при работе РДТТ.FIG. 2 shows a diagram of the pressure distribution along the gas path of the nozzle for calculating the axial force acting on a separate plate in standard ES conditions during the operation of solid propellants.

На фиг. 3 показана схема геометрических параметров для определения нагрузки на тарель ЭШ в условиях испытаний (фиг. 1).FIG. 3 shows a diagram of geometric parameters for determining the load on the ESH plate under test conditions (Fig. 1).

На фиг. 1-3 приняты следующие номера позиций для деталей устройства и ЭШ:FIG. 1-3 the following position numbers are accepted for the device parts and ES:

1 - испытываемая тарель;1 - test plate;

2 - нагрузочное кольцо;2 - load ring;

3 - кольцевое основание;3 - annular base;

4, 5 - прокладки резиновые для равномерного приложения нагрузки (применяется пластина 1Н-I-ТМКЩ-С-4 ГОСТ 7338 толщ. 4 мм);4, 5 - rubber gaskets for uniform load application (1Н-I-ТМКЩ-С-4 GOST 7338 plate, 4 mm thick is used);

6 - резиновые слои в составе ЭШ, обеспечивающие изменение формы ЭШ при отклонении поворотной части сопла РДТТ.6 - rubber layers in the ES, providing a change in the ES shape when the rotary part of the solid propellant rocket nozzle is deflected.

Также принято: ось «х» - ось сопла; точка «О» на оси «х» - центр вращения поворотной части сопла.Also accepted: axis "x" - axis of the nozzle; point "O" on the axis "x" - the center of rotation of the rotary part of the nozzle.

Прокладки резиновые 4, 5 приклеиваются соответственно к внутренней поверхности кольцевого уступа нагрузочного кольца 2 и к наружной поверхности кольцевого уступа кольцевого основания 3 (фиг. 1). Контактирующие поверхности прокладок 4, 5 и испытываемой тарели 1 должны быть сухими и очищенными от пыли и грязи.Rubber gaskets 4, 5 are glued, respectively, to the inner surface of the annular shoulder of the load ring 2 and to the outer surface of the annular shoulder of the annular base 3 (Fig. 1). The contacting surfaces of the gaskets 4, 5 and the test plate 1 must be dry and free of dust and dirt.

Для проведения испытаний необходимо определить сжимающее усилие Q (фиг. 1), с помощью которого имитируется характер и величина нагрузок, действующих на рассматриваемую тарель в составе ЭШ при работе двигателя. Это выполняется следующим образом.To carry out the tests, it is necessary to determine the compressive force Q (Fig. 1), which simulates the nature and magnitude of the loads acting on the considered plate as part of the ES when the engine is running. This is done as follows.

Для рассматриваемой тарели в составе ЭШ находится осевая сила Т, представляющая собой равнодействующую сил внутрикамерного давления, действующих по поверхности газового тракта от точки с радиусом rH до среза сопла (радиус rA, фиг. 2)For the considered plate, the ES contains an axial force T, which is the resultant of the intra-chamber pressure forces acting on the surface of the gas path from a point with a radius r H to the nozzle exit (radius r A , Fig. 2)

Figure 00000001
Figure 00000001

где Т0 - интеграл переменных сил давления, действующих по поверхности газового тракта от среза сопла (радиус rA) до сечения по лобовой точке (радиус r0), после которой (радиус r≥r0) давление по поверхности газового тракта остается постоянным, равным давлению в корпусе двигателя Р;where T 0 is the integral of variable pressure forces acting on the surface of the gas path from the nozzle exit (radius r A ) to the section along the frontal point (radius r 0 ), after which (radius r≥r 0 ) the pressure on the surface of the gas path remains constant, equal to the pressure in the engine housing P;

rH - наружный цилиндрический радиус рассматриваемой тарели (фиг. 2, 3).r H is the outer cylindrical radius of the plate under consideration (Fig. 2, 3).

По усилию Т для рассматриваемой тарели определяется величина среднего контактного давления q резины, действующего по сферическим поверхностям тарели (вследствие малости толщины тарели принимается, что давление q одинаково по обеим ее поверхностям)The force T for the plate under consideration determines the value of the average contact pressure q of rubber acting on the spherical surfaces of the plate (due to the small thickness of the plate, it is assumed that the pressure q is the same on both of its surfaces)

Figure 00000002
Figure 00000002

где rB - внутренний цилиндрический радиус рассматриваемой тарели (фиг. 2, 3).where r B is the inner cylindrical radius of the plate under consideration (Figs. 2, 3).

Напряженное состояние тарели в составе ЭШ определяется погонным крутящим моментом, распределенным вдоль кольцевой центральной линии тарели и зависящим от угла отклонения сопла δ и начальной геометрической формы ЭШ.The stress state of the plate in the ES is determined by the linear torque distributed along the circular center line of the plate and depending on the nozzle deflection angle δ and the initial geometric shape of the ES.

Составляющая погонного крутящего момента на рассматриваемую тарель, зависящая от угла δ, определяется по формулеThe component of the linear torque on the considered plate, depending on the angle δ, is determined by the formula

Figure 00000003
Figure 00000003

где q - среднее контактное давление на тарель по формуле (2);where q is the average contact pressure on the plate according to the formula (2);

L - длина сечения тарели вдоль меридиана (фиг. 3);L is the length of the plate section along the meridian (Fig. 3);

γ - относительный сдвиг вдоль меридиана в плоскости отклонения ЭШ в резиновых слоях, прилежащих к рассматриваемой тарели (различием в сдвигах этих слоев пренебрегается, формулы для определения γ в зависимости от угла отклонения сопла δ приведены ниже);γ is the relative shift along the meridian in the plane of deflection of the ES in the rubber layers adjacent to the plate under consideration (the difference in the shifts of these layers is neglected, the formulas for determining γ depending on the nozzle deflection angle δ are given below);

hp - толщина резиновых слоев (фиг. 3);h p is the thickness of the rubber layers (Fig. 3);

α - полярный угол, отсчитываемый от плоскости отклонения ЭШ вокруг оси сопла «х».α is the polar angle measured from the plane of ESh deflection around the nozzle axis "x".

Составляющая погонного крутящего момента на рассматриваемую тарель, обусловленная начальными скосами боковых поверхностей резинометаллического пакета ЭШ (углы ϕ3, ϕ4 на фиг. 3), определяется по формулеThe component of the linear torque on the plate under consideration, due to the initial bevels of the side surfaces of the rubber-metal package ESh (angles ϕ 3 , ϕ 4 in Fig. 3), is determined by the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

где hT- толщина тарелей (фиг. 3);where h T is the thickness of the plates (Fig. 3);

ϕ3, ϕ4 - углы между боковыми поверхностями и сферическими радиусами из центра поворота ЭШ, определяющими рассматриваемую тарель (фиг. 3).ϕ 3 , ϕ 4 - the angles between the lateral surfaces and the spherical radii from the center of rotation of the ES, defining the considered plate (Fig. 3).

Следовательно, рассматриваемая тарель в сечении по плоскости отклонения ЭШ (α=0) нагружена погонным крутящим моментомConsequently, the considered plate in the section along the plane of deflection of the ES (α = 0) is loaded with a linear torque

Figure 00000005
Figure 00000005

Так как момент m0 является осесимметричным (4), a m1 изменяется плавно пропорционально cos α в направлениях от плоскости отклонения (формула (3)), то принимается, что с точки зрения начала разрушения тарели зависящая от угла α нагрузка по формуле (5) эквивалентна осесимметричной нагрузке по формуле (5) при α=0. Это предположение достаточно хорошо согласуется с опытными данными. Разрушение тарелей имеет место в плоскости отклонения ЭШ (α=0).Since the moment m 0 is axisymmetric (4), am 1 changes smoothly proportionally to cos α in the directions from the plane of deviation (formula (3)), it is assumed that from the point of view of the beginning of destruction of the plate, the load depending on the angle α according to the formula (5) is equivalent to an axisymmetric load according to formula (5) at α = 0. This assumption is in good agreement with the experimental data. The destruction of the plates takes place in the plane of ESh deflection (α = 0).

При кручении рассматриваемой тарели (угол θ на фиг. 3) под действием момента (5) в точках ее сечения, переходящих на больший цилиндрический радиус, имеет место кольцевое растяжение. В точках сечения, переходящих на меньший цилиндрический радиус, имеет место кольцевое сжатие. При этом величина кольцевых деформаций материала находится по формулеWhen the plate under consideration is twisted (angle θ in Fig. 3) under the action of the moment (5), at the points of its cross section, passing to a larger cylindrical radius, there is annular tension. Annular compression takes place at the points of the section passing to a smaller cylindrical radius. In this case, the magnitude of the annular deformations of the material is found by the formula

Figure 00000006
Figure 00000006

где θ - угол поворота сечения тарели под действием момента m (5) (на фиг. 3 показано положительное направление угла);where θ is the angle of rotation of the plate section under the action of the moment m (5) (Fig. 3 shows the positive direction of the angle);

z - координата точки сечения (фиг. 3);z is the coordinate of the section point (Fig. 3);

R - сферический радиус тарели (фиг. 3).R is the spherical radius of the plate (Fig. 3).

Вследствие такого деформированного состояния, в сечении тарели образуется изгибающий момент М, вычисляемый из условия статического равновесия по формулеAs a result of such a deformed state, a bending moment M is formed in the plate section, calculated from the condition of static equilibrium by the formula

Figure 00000007
Figure 00000007

где m - погонный крутящий момент по формуле (5);where m is the running torque according to the formula (5);

R - сферический радиус тарели (фиг. 3).R is the spherical radius of the plate (Fig. 3).

По значению М могут быть определены кольцевые напряжения в сечениях рассматриваемой тарели. Для идеально упругого материала максимальные напряжения определяются по формулеThe value of M can be used to determine the hoop stresses in the sections of the considered plate. For a perfectly elastic material, the maximum stresses are determined by the formula

Figure 00000008
Figure 00000008

где

Figure 00000009
- момент сопротивления сечения рассматриваемой тарели.Where
Figure 00000009
- moment of resistance of the section of the considered plate.

При нелинейных соотношениях между напряжениями и деформациями напряжения определяются по значению М из условия, что форма сечения тарели при деформировании не меняется, а кольцевые деформации распределены по сечению по формуле (6).With nonlinear relationships between stresses and strains, stresses are determined by the value of M from the condition that the shape of the plate section does not change during deformation, and ring strains are distributed over the section according to formula (6).

Из формулы (5) для погонного крутящего момента т следует, что внутренний изгибающий момент М в формуле (7) является переменным в кольцевом направлении, пропорциональным косинусу полярного угла а. Из этого следует, что кроме изгибных напряжений (8) в сечениях тарели будут действовать сдвиговые напряжения, определяемые по формуле Журавского, принимающей в данном случае видFrom the formula (5) for the linear torque m it follows that the internal bending moment M in the formula (7) is variable in the annular direction, proportional to the cosine of the polar angle a. It follows from this that, in addition to bending stresses (8), shear stresses will act in the plate sections, determined by the Zhuravsky formula, which in this case takes the form

Figure 00000010
Figure 00000010

где для максимального значения τ, имеющего место в середине сечения тарели z=0 (фиг. 3) в плоскости перпендикулярной плоскости отклонения ЭШ (α=π/2), входящие в формулу параметры равны:where for the maximum value of τ, which takes place in the middle of the plate section z = 0 (Fig. 3) in the plane perpendicular to the ES deflection plane (α = π / 2), the parameters included in the formula are:

Figure 00000011
- цилиндрический радиус середины сечения тарели (фиг. 3);
Figure 00000011
- the cylindrical radius of the middle of the plate section (Fig. 3);

Figure 00000012
- статический момент инерции половины сечения тарели относительно центра тяжести (сечения тарели);
Figure 00000012
- static moment of inertia of half of the plate section relative to the center of gravity (plate section);

Figure 00000013
- момент инерции сечения тарели;
Figure 00000013
- moment of inertia of the plate section;

q - среднее контактное давление на тарель по формуле (2);q is the average contact pressure on the plate according to the formula (2);

α=π/2-значение полярного угла, при котором максимальна величина

Figure 00000014
α = π / 2 is the value of the polar angle at which the maximum value
Figure 00000014

γ - относительный сдвиг резины в плоскости отклонения ЭШ;γ - relative shear of rubber in the plane of deflection of ES;

ϕ1i, ϕ2i - углы, определяющие слой пакета, относящийся к рассматриваемой тарели (фиг. 3).ϕ 1i , ϕ 2i are the angles defining the layer of the package related to the plate under consideration (Fig. 3).

Как показала практика, учет τ актуален только для тарелей из пластиков. Поэтому прочность пластика на сдвиг в плоскости касательной к сферической поверхности тарели должна быть проверена по формуле (9) с коэффициентом безопасности порядка 2,0.Practice has shown that accounting for τ is relevant only for plastic containers. Therefore, the shear strength of the plastic in the plane tangent to the spherical surface of the plate should be checked using formula (9) with a safety factor of about 2.0.

Значение относительного сдвига γ в резиновых слоях, прилежащих к рассматриваемой тарели, зависит от распределения суммарного угла отклонения ЭШ δ по углам отклонения отдельных резиновых слоев обратно пропорционально их угловым жесткостям. Таким образом, максимальная деформация сдвига в i-ом слое резины, имеющая место в плоскости отклонения ЭШ (при α=0), определяется по формулеThe value of the relative shift γ in the rubber layers adjacent to the plate under consideration depends on the distribution of the total deflection angle of the ESh δ over the angles of deflection of individual rubber layers inversely proportional to their angular stiffness. Thus, the maximum shear deformation in the i-th layer of rubber, which occurs in the plane of deflection of the ES (at α = 0), is determined by the formula

Figure 00000015
Figure 00000015

где δ - суммарный угол отклонения ЭШ;where δ is the total deflection angle of the ES;

Ri- внутренний сферический радиус резинового слоя (фиг. 3);R i - inner spherical radius of the rubber layer (Fig. 3);

hp - толщина резинового слоя (фиг. 3);h p is the thickness of the rubber layer (Fig. 3);

СΣ- суммарная угловая жесткость ЭШ (формула (11));С Σ is the total angular stiffness of the ES (formula (11));

Ci -угловая жесткость i-го резинового слоя (формула (12)).C i is the angular stiffness of the i-th rubber layer (formula (12)).

Из того, что при отклонении ЭШ все резиновые слои нагружены одним и тем же моментом рулевых агрегатов, следует, что суммарная угловая жесткость ЭШ СΣ определяется по формулеFrom the fact that when the ES is deflected, all rubber layers are loaded with the same moment of the steering units, it follows that the total angular stiffness of the ES C Σ is determined by the formula

Figure 00000016
Figure 00000016

где суммирование выполняется по всем резиновым слоям.where the summation is performed over all rubber layers.

Угловая жесткость отдельного резинового слоя определяется по формулеThe angular stiffness of an individual rubber layer is determined by the formula

Figure 00000017
Figure 00000017

где G - модуль сдвига резины;where G is the shear modulus of the rubber;

ϕ1i - внутренний угол, определяющий резиновый слой (фиг. 3);ϕ 1i - inner corner defining the rubber layer (Fig. 3);

ϕ2i - наружный угол, определяющий резиновый слой (фиг. 3).ϕ 2i is the outer corner defining the rubber layer (Fig. 3).

Приведенное к центральной кольцевой линии рассматриваемой тарели значение погонного крутящего момента mИСП при автономных испытаниях ее усилием Q по схеме на фиг. 1 определяется по формулеReduced to the central annular line of the plate under consideration, the value of the linear torque m of the ICP during autonomous tests by its force Q according to the diagram in Fig. 1 is determined by the formula

Figure 00000018
Figure 00000018

где

Figure 00000019
- диаметр центральной кольцевой линии тарели (фиг. 1);Where
Figure 00000019
- the diameter of the central ring line of the plate (Fig. 1);

s - плечо пары погонных реакций n1n2, создающих погонный крутящий момент mИСП на рассматриваемую тарель при действии усилия Q (фиг. 1);s - shoulder of a pair of linear reactions n 1 n 2 , creating a linear torque m ICP on the considered plate under the action of the force Q (Fig. 1);

β1, β2 - углы наклона зон контакта рассматриваемой тарели в испытательной оснастке (фиг. 1).β 1 , β 2 - the angles of inclination of the contact zones of the considered plate in the test equipment (Fig. 1).

Принимается, что благодаря слабой сжимаемости резины, реакции n1, n2 (фиг. 1) перпендикулярны поверхности тарели в зонах контакта.It is assumed that due to the weak compressibility of rubber, reactions n 1 , n 2 (Fig. 1) are perpendicular to the plate surface in the contact zones.

Из равенства погонного крутящего момента в испытательной оснастке mИСП (13) погонному крутящему моменту m (5) при α=0, действующему на рассматриваемую тарель в плоскости отклонения при работе ЭШ в штатных условиях, определяется значение усилия Q, при испытании которым в составе оснастки прочность рассматриваемой тарели не должна нарушаться.From the equality of the linear torque in the test tooling m ICP (13) to the linear torque m (5) at α = 0, acting on the considered plate in the deflection plane during the ESH operation under standard conditions, the value of the force Q is determined, when tested as part of the tooling the strength of the plate in question should not be compromised.

Figure 00000020
Figure 00000020

При повышении усилия Q до разрушения тарели определяется ее прочность. Необходимо отметить, что усилие Q должно определяться с коэффициентом безопасности ƒ в соответствии с применяемыми при разработке ЭШ нормами прочности (обычно ƒ=1,3).With an increase in the force Q until the destruction of the plate, its strength is determined. It should be noted that the force Q should be determined with a safety factor ƒ in accordance with the strength standards used in the development of ES (usually ƒ = 1.3).

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет экспериментально испытать на прочность одну отдельно взятую тарель ЭШ путем нагружения ее погонным крутящим моментом, распределенным вдоль кольцевой центральной линии тарели, тем самым заменить испытания конструкции ЭШ в сбореThus, the proposed technical solution makes it possible to experimentally test for strength one single ESh plate by loading it with a linear torque distributed along the circular center line of the plate, thereby replacing the tests of the ESH assembly

Данное устройство особенно полезно при разработке конструкции ЭШ с тарелями из пластика, когда возникает задача выбора наиболее подходящей марки пластика из числа предлагаемых промышленностью. В этом случае затраты существенно снижаются, а процесс разработки ускоряется за счет исключения изготовления и испытаний конструкции ЭШ в сборе.This device is especially useful in the development of the design of ESH with plastic plates, when the problem arises of choosing the most suitable brand of plastic from among those offered by the industry. In this case, the costs are significantly reduced, and the development process is accelerated by eliminating the manufacture and testing of the ESH assembly.

Claims (1)

Устройство для испытаний на прочность армирующих тарелей эластичного шарнира сопла ракетного двигателя на твердом топливе, содержащее кольцевое основание и нагрузочное кольцо, между которыми размещается испытуемая тарель, отличающееся тем, что наружная поверхность кольцевого основания выполнена эквидистантно внутренней поверхности тарели со стороны большего торца с возможностью приложения давления по части внутренней поверхности тарели со стороны ее большего торца, а внутренняя поверхность нагрузочного кольца выполнена эквидистантно наружной поверхности тарели со стороны меньшего торца с возможностью приложения давления по части наружной поверхности тарели со стороны ее меньшего торца, при этом между эквидистантными поверхностями размещены резиновые прокладки.A device for testing the strength of the reinforcing plates of the elastic hinge of the nozzle of a solid propellant rocket engine, containing an annular base and a load ring, between which the test plate is placed, characterized in that the outer surface of the annular base is made equidistantly to the inner surface of the plate from the side of the larger end with the possibility of applying pressure on a part of the plate's inner surface from the side of its larger end, and the inner surface of the load ring is made equidistantly to the plate outer surface from the smaller end with the possibility of applying pressure on a part of the plate outer surface from its smaller end, while rubber gaskets are placed between the equidistant surfaces.
RU2019124368A 2019-07-29 2019-07-29 Device for testing strength of reinforcing plates of elastic nozzle hinge of solid-propellant rocket engine RU2727211C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019124368A RU2727211C1 (en) 2019-07-29 2019-07-29 Device for testing strength of reinforcing plates of elastic nozzle hinge of solid-propellant rocket engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019124368A RU2727211C1 (en) 2019-07-29 2019-07-29 Device for testing strength of reinforcing plates of elastic nozzle hinge of solid-propellant rocket engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2727211C1 true RU2727211C1 (en) 2020-07-21

Family

ID=71741152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019124368A RU2727211C1 (en) 2019-07-29 2019-07-29 Device for testing strength of reinforcing plates of elastic nozzle hinge of solid-propellant rocket engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2727211C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114184465A (en) * 2021-12-17 2022-03-15 中国飞机强度研究所 Composite material laminated plate stiffened plate impact monitoring test fixture

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1422088A1 (en) * 1987-01-26 1988-09-07 Днепропетровский государственный университет им.300-летия воссоединения Украины с Россией Arrangement for press for testing cylindrical shells
RU2357224C1 (en) * 2007-10-04 2009-05-27 Открытое акционерное общество "Государственный научный центр - Научно-исследовательский институт атомных реакторов" (ОАО "ГНЦ НИИАР") Method of testing for relaxation under bending strain
CN106769537A (en) * 2016-12-13 2017-05-31 哈尔滨工程大学 A kind of flexible body torsional rigidity testboard
CN107677558A (en) * 2017-09-04 2018-02-09 哈尔滨工程大学 A kind of piston ring radial section torsional rigidity test device and method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1422088A1 (en) * 1987-01-26 1988-09-07 Днепропетровский государственный университет им.300-летия воссоединения Украины с Россией Arrangement for press for testing cylindrical shells
RU2357224C1 (en) * 2007-10-04 2009-05-27 Открытое акционерное общество "Государственный научный центр - Научно-исследовательский институт атомных реакторов" (ОАО "ГНЦ НИИАР") Method of testing for relaxation under bending strain
CN106769537A (en) * 2016-12-13 2017-05-31 哈尔滨工程大学 A kind of flexible body torsional rigidity testboard
CN107677558A (en) * 2017-09-04 2018-02-09 哈尔滨工程大学 A kind of piston ring radial section torsional rigidity test device and method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114184465A (en) * 2021-12-17 2022-03-15 中国飞机强度研究所 Composite material laminated plate stiffened plate impact monitoring test fixture
CN114184465B (en) * 2021-12-17 2024-02-23 中国飞机强度研究所 Composite material laminated plate stiffened plate impact monitoring test fixture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Investigation of static and dynamic seal performances of a rubber O-ring
RU2727211C1 (en) Device for testing strength of reinforcing plates of elastic nozzle hinge of solid-propellant rocket engine
Updike On the large deformation of a rigid-plastic spherical shell compressed by a rigid plate
Błachut Buckling of externally pressurised barrelled shells: a comparison of experiment and theory
Monti et al. Failure analysis of an involute spline coupling of an overhead bridge crane
Ismail et al. Buckling of an imperfect spherical shell subjected to external pressure
Huo et al. Bending characteristics of the reinforced S-shaped bellows under internal pressure
Becht IV Fatigue of bellows, a new design approach
Luo Strain‐based fatigue criterion for rubber damage under multimode loadings
Kumar et al. Study of non-linear static behavior of flex seal of rocket nozzle by varying number of shims
Rivin et al. Experimental study of load-deflection and creep characteristics of compressed rubber components for vibration control devices
Radhamohan et al. Plastic collapse of thin internally pressurized torispherical shells
RU2377531C1 (en) Method for loading of flat sample
Rastgar et al. Buckling of cylindrical steel tanks with oblique body imperfection under uniform external pressure
Herrmann et al. Buckling of a long cylindrical shell containing an elastic core
RU2775760C1 (en) Rocket motor nozzle hinge with tarry reinforcement
Arya Large strain creep analysis of composite thick-walled anisotropic cylinders
Burov et al. Strength and reliability analysis of metal-composite overwrapped pressure vessel
JORDAN Vibration and buckling of pressurized torus shells
Abdulhameed The behaviour of pipe bends under internal pressure and in-plane bending loading
Rathinam et al. Numerical Study on Effect of Dent Dimensions on Buckling Resistance of Thin Stainless Steel Cylindrical Shell Under Lateral Pressure
Attoui et al. On the equivalent mechanical properties of spiral wound gaskets
Babich On the prediction of shell stability from their vibrational behavior
Thornburgh et al. A numerical and experimental study of compression-loaded composite panels with cutouts
Saemi et al. Numerical and experimental study on buckling and postbuckling behavior of cracked cylindrical shells