Типы стыков и особенности технологии их изготовления

По типу конструктивного исполнения и способу передачи нагрузок стыки подразделяются на: фланцевые и телескопические. Фланцевый тип стыка предполагает плотное прилегание торцевых поверхностей сопрягаемых отсеков друг к другу.

Фланцевые стыки являются наиболее распространенными. Они применимы для отсеков любых диаметров, но более всего их применение оправдано в ракетах класса «В-В», имеющих калибр 380 мм.

Фланцевые стыки подразделяются на точечные и контурные. Те и другие, в свою очередь, могут быть с наружным и внутренним доступом к соединительным элементам, но с целью обеспечения удобства обслуживания стыка, наибольшее распространение получили стыки с наружным доступом. Ниже рассматриваются схемы и конструкции различных фланцевых стыков с наружным подходом к соединительным элементам. Для всех них соблюдение точности по параметрам ∆φ, ∆α и ∆ψ обеспечивается соответственно обработкой ведущих центрирующих поясков сопряженных диаметров по скользящим посадкам, разделкой торцов стыкуемых отсеков с жестким допуском на перпендикулярность к продольной оси корпуса, с выполнением отверстий под болты по кондуктору или установкой радиальных фиксирующих штифтов.

На рис. 4.2 показана конструкция точечного фланцевого стыка с наружным подходом к гайкам. Соединение состоит из стыковых шпангоутов, шпилек, гаек, контровочных шайб, ленты и резинового кольца.

Рис. 4.2. Конструкция точечного фланцевого стыка.

В таком соединении часть шпилек (две-три) проектируются по скользящим посадкам седьмого квалитета, они воспринимают и передают поперечные нагрузки от крутящего момента и перерезывающей силы. Эти же шпильки обеспечивают точность по смещению осей ∆α и закручиванию отсеков ∆ψ. Остальные шпильки устанавливаются с гарантированным зазором. Шпангоуты в местах расположения точек крепления имеют местные приливы для резьбовых отверстий под шпильки и для гнезд карманов, в которых размещаются гайки. Герметизация внутреннего объема обеспечивается резиновым кольцом.

Шпангоуты изготавливают литьём с последующей механической обработкой внешнего диаметра и сопрягаемых поверхностей. Отверстия под шпильки сверлят с применением специального кондуктора согласованного по местам установки шпилек в соединяемых отсеках. При сборке отсеков шпильки при ввинчивании ставят на клей, а гайки контрят от вывинчивания специальной шайбой с отгибающимися лепестками.

На рис. 4.3 представлен фланцевый стык с закладными болтами.

Рис. 4.3 Конструкция фланцевого стыка с закладными болтами.

Болты вставляют в пазы приливов шпангоутов. Головка болта имеет форму, предотвращающую его проворачивание. Гайка имеет цилиндрический поясок, которым она садится при закручивании в специальное гнездо шпангоута и препятствует выпадению болта из прорези. Шпангоуты отсеков обрабатывают по сопрягаемым поверхностям на токарном станке, а пазы под закладные болты фрезеруют на станке с ЧПУ. Место под направляющий поясок гаек обрабатывают обратной циковкой. Как и в первом случае 2-3 болта и пазы под них сопрягаются по скользящей посадке, обеспечивая координацию отсеков от закручивания.

В радиальном направлении центровка осуществляется за счёт скользящей посадки выполненной по 8-му квалитету точности. Герметичность стыка обеспечивается за счёт уплотнительного резинового кольца и защитной ленты закрывающей место стыка отсеков.

Так же имеет место применение фланцевых стыков с радиальным расположением винтов (рис. 4.4) и с внутренним доступом к соединительным элементам. В этом случае соединение стыковых шпангоутов осуществляется сухарями с конусными поверхностями и винтами, стягивающими фланцы шпангоутов по соответствующим конусным поверхностям. Конусные поверхности шпангоутов и сухарей выполнены под углом. Стяжной болт ввинчивают в сухарь до момента соединения отсеков, так чтобы сухарь не мешал их соединению. Герметизация обеспечивается установкой резиновой прокладки между сухарями и внутренней поверхностью отсеков. Центровка осуществляется по сопрягаемым цилиндрическим поверхностям отсеков скользящей или ходовой посадке.

Рис. 4.4 Конструкция фланцевого стыка с радиальным расположением винтов.

Данный вид соединения занимает промежуточное положение между точечным и контурным стыком. Исходной заготовкой для сухарей является труба, из которой на токарном станке изготавливают кольцо. Профиль кольцевой выточки соответствует размерам и профилю конусных поверхностей фланцев шпангоутов, обеспечивающих плотное стягивание соединяемых отсеков. Разрезая кольцо на части получают сухари требуемого размера.

Хомутовый фланцевый стык двух отсеков, представленный на рис. 4.5, состоит из стыковых шпангоутов, сочлененных между собой посадкой по гладкой цилиндрической поверхности. На торцевых поверхностях шпангоутов выполнены трапецеидальные кольцевые выступы имеющие скос с одной из сторон под углом Ð18°30'. Аналогичные углы скоса имеет кольцевая выточка хомута. Соединение корпусов осуществляется при стягивании хомута стяжным болтом. При стягивании болтов в осевом направлении скосы хомута перемещаясь по скосам трапецеидальным выступов шпангоутов стягивают их с усилием, необходимым для предотвращения появления зазора при эксплуатационных нагрузках.. Для диаметров корпусов до 120 мм применяется хомут, состоящий из собственного хомута и стяжного винта.

Рис. 4.5 Конструкция хомутового стыка

При соединении корпусов диаметром более 200 мм используются хомуты, состоящие из двух половин и двух стяжных винтов. Соединение достаточно надежно с точки зрения эксплуатации, но имеет недостаток, состоящий в том, что наличие стяжных винтов заставляет развивать элементы хомутов, выходящие за пределы калибра изделия, отрицательно влияющие на аэродинамические характеристики.

При таком типе соединения нагрузка с одного отсека на другой передается по всему периметру, заставляя обшивку работать полностью и равномерно.

Телескопические стыки применяются на ракетах малых и средних диаметров (D <650 мм). Шпангоуты стыкуемых отсеков в местах соединения с обшивками в этом случае имеют меньший перепад жесткости, чем у точечных фланцевых стыков и, следовательно, меньшую концентрацию напряжений.

Точность по смещению ∆α осей отсеков обеспечивается обработкой наружной поверхности ракеты, сверление отверстий под винты по кондуктору обеспечивает точность по закручиванию ∆ψ. Для получения требуемой точности по перекосу ∆φ плоскость осей винтов должна быть нормальна к продольной оси отсека с допуском на неперпендикулярность порядка 0,05/100.

На рис.4.6 приведена конструкция одного из телескопических стыков. Стык представляет собой телескопическое соединение двух цилиндрических деталей скрепленных между собой 12^ю винтами и гайками направленных радиально к центру и равномерно расположенных по окружности.

Особенностью рассматриваемого стыка является следующее: охватываемый элемент стыка представляет собой набор из 3 листовых деталей, соединенных между собой контактной сваркой без последующей механической обработки посадочного диаметра. На внутреннем кольце имеются 12 равнорасположенных отверстий, три из которых (1, 2, 3) выполнены по 9-му квалитету и являются определяющими плоскости стыковки и центрирования корпусов. Учитывая, что листы, из которых изготовлены обечайки и кольца набора имеют допуски в минус, а сами кольца и обечайка изготавливаются закаткой с последующей сваркой и термокалибровкой, отклонения от геометрической формы и размеров могут быть значительными. С целью компенсации вышеуказанных погрешностей, посадочная часть внутреннего кольца выполнена разрезанной на 12 лепестков, в середине которых точечной сваркой крепятся 12 гаек соосно с отверстиями. В случае, когда наружный диаметр охватываемого кольца больше внутреннего диаметра охватывающего элемента за счет деформации лепестков возможно соединение по этим диаметрам. В случае, когда имеется большой зазор в телескопическом стыке, за счет затяжки винтами нежестких лепестков происходит надежное жесткое соединение стыка.

На рис. 4.7 б показана конструкция телескопического стыка на винтах. Число винтов выбирается из условий прочности (шаг винтов ориентировочно 30…60 мм), причем все винты ставятся в отверстие с зазором. Люфты при этом не возникают, т.к. имеется разброс зазоров в разные стороны. Герметичность стыка обеспечивается резиновыми прокладками или жгутами. Торцевая поверхность отсека должна быть перпендикулярна его оси, отклонение от перпендикулярности допускается не более 0,1 мм. Смещение осей в заданных пределах достигается точностью обработки сопрягаемых диаметров, обычно точность соответствует 8-9 квалитету.

Описанное соединение хорошо передает изгибающий и крутящий моменты и осевую силу. От их действия винты соединения работают на срез, а материал шпангоута под винтами - на смятие. Перерезывающая сила с одного отсека на другой передается при работе шпангоута на срез. Винты вследствие наличия зазоров нагружаются неодинаково. Поэтому в расчетах надо вводить коэффициент неравномерности работы винтов (0,3...0,7).

Особой разновидностью телескопических стыков являются резьбовые соединения (рис. 4.7 а). Их целесообразно применять для корпусов малых диаметров (D <200 мм), так как при больших диаметрах и мелкой резьбе возможен ее срыв.

Торцевые поверхности на соединяемых отсеках обеспечивают точность по перекосу ∆φ. Цилиндрические поверхности, называемые ведущими поясками, обеспечивают точность по смещению ∆α. Поверхности на каждом отсеке выполняются за одну установку на станке. Добиться точности соединения на одной резьбе без поверхностей невозможно, так как резьба всегда несколько перекошена. Герметизация соединения выполняется резиновым кольцом. Для контровки служит винт.

а б

Рис. 4.7 Конструкция резьбового и телескопичекого стыков.

Байонетный стык представляет собой разновидность телескопических стыков. Одно из таких соединений представлено на рис. 4.8. Соединение состоит из вставляемых друг в друга охватывающего и охватываемого шпангоутов. На шпангоутах выполнены несколько рядов трапецеидальных зубьев, чередующихся в поперечной плоскости с монтажными выемками, необходимыми для сопряжения байонетного соединения. При стыковке корпусов, один корпус разворачивается относительно другого на угол обеспечивающий свободное прохождение зубьев одного шпангоута в монтажные выемки другого, с последующим поворотом на 45⁰ до совмещения отверстий под радиальные фиксирующие винты. При этом боковые поверхности трапецеидальных зубьев охватывающего и охватываемого стыков плотно прилегают друг к другу и выбираются осевые и радиальные зазоры за счет нежесткости конструкции.

В данном стыке элементы байонета хорошо передают изгибающий момент и осевую силу, а крутящий момент воспринимается винтами. Герметизация стыка обеспечивается резиновым уплотнением.

Зубья шлицевого соединения изготавливают на токарном станке специальным инструментом, обеспечивающим точность профиля и шаг между зубьями в поперечном направлении. Выемки между выступами обрабатывают на фрезерном станке с ЧПУ.

Рис. 4.8 Конструкция байонетного стыка

На рис. 4.9 показана конструкция клинового телескопического стыка, состоящего из стыковых шпангоутов, в которых выполнены кольцевые канавки прямоугольного сечения, а охватывающий шпангоут дополнительно снабжен монтажными окнами, через которые производится установка пакетов клиньев, состоящих из прокладки, прямого и обратного клиньев.

Для ракет малых и средних диаметров оптимальным является 6 пакетов клиньев, устанавливаемых через три окна охватывающего шпангоута, выполненных под углом 120º. В каждое окно устанавливают по два пакета клиньев, по одному в каждом направлении. Для предотвращения углового перемещения корпусов относительно друг друга вокруг оси ∆ψ, в охватываемой части стыка предусмотрен цилиндрический фиксатор, а в охватывающей части стыка имеется паз, выполненный по соответствующей посадке на фиксаторе. Герметизацию стыка обеспечивает резиновое кольцо.

Необходимое стыковочное усилие достигается за счет монтажа (забивания) прямого клина в зазор между прокладкой и обратным клином. Установка запорных элементов - клиньев осуществляется пневмопистолетом оснащенным спецнасадками, при давлении воздуха 4 атм.

Изгибающий момент и осевая сила от одного отсека на другой передаются через шпангоуты пакетами клиньев, а крутящий момент за счет значительных усилий трения на контактирующих торцевых поверхностях шпангоутов и боковых поверхностях клиньев. Для исключения появления деформаций и механических повреждений элементов соединения, данный стык рекомендуется применять в конструкциях корпусов изделия, изготовленных из материала с s_в > 70кгс/мм².

Рис. 4.9 Конструкция клинового стыка

Особенностью данного соединения является максимальное проходное сечение шпангоута, достигаемое за счет небольшой толщины его стенок, а так же высокая точность стыковки, что является необходимым условием для ракет с малым диаметром корпуса и высокой плотностью компоновки.

Соединения стыковых шпангоутов с обшивкой в большинстве практических приемов выполняется герметической шовной сваркой (газовой, электродуговой, роликовой) или в дискретных точках (точечной сваркой, клепкой, винтами). При дискретной заделке шпангоута в обшивке шаг шва или заклепок выбирается из условий прочности и отсутствия коробления (хлопунов) между точками крепления.

На рис. 4.10 изображен эксцентриковый стык, обеспечивающий надежное, прочное и герметичное соединение отсеков корпуса ракеты. Стык состоит из запирающего элемента, стопорного кольца и шплинта. Герметизацию стыка обеспечивают уплотнительные резиновые кольца. Для соединения отсеков аппаратурной части применяются по шесть запирающих элементов, для соединения аппаратурной части и БЧ, БЧ и двигателя – по двенадцать запирающих элементов. Эксцентрики создают расчетный осевой натяг в соединении между отсеками, за счет эксцентриситета рабочих диаметров на эксцентриках. После установки они разворачиваются на 180º в закрытое положение. Эксцентрики устанавливаются в запирающее положение тарированным ключом с моментом затяжки (М_з=150кгс/см), фиксируются от разворота стопорным кольцом и крепится шплинтом.

При этом шлицы располагаются перпендикулярно оси ракеты. С целью многократного использования блока, эксцентрики изготавливаются через 0,05 мм на размеры рабочих диаметров, что обеспечивает гарантированное запирание стыка, ранее применяемого блока.

Рис. 4.10 Конструкция эксцентрикового стыка

Прочность соединения отсеков обеспечивается за счет эксцентричности верхней и нижней частей запирающих элементов. Кольцевой буртик в средней части запирающего элемента исключает возможность его выпадения после установки.

5. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ РАКЕТ «ВОЗДУХ-ВОЗДУХ»

Несущие поверхности ракет – это крылья, рули, дестабилизаторы. Они служат для создания управляющих сил и моментов, обеспечивающих управляемый полет. Несущие поверхности работают в исключительно сложных условиях воздействия интенсивного нагрева (особенно передних кромок) и больших маневренных нагрузок, следствием чего существенными оказываются аэроупругие эффекты. Требования к конструкциям и технологиям изготовления несущих поверхностей связаны с указанными особенностями их работы. Учеты этих особенностей составляет основное содержание задачи их проектирования и технологии изготовления.

Конструкции поверхностей очень разнообразны и в зависимости от их функционального назначения технология изготовления может существенно изменяться. Рассмотрим типовые конструктивные решения применяемых поверхностей и особенности технологии их изготовления. Несущие поверхности ракет «воздух-воздух», как правило, имеют небольшие размеры. Конструктивно технологические схемы таких поверхностей разделяют на три большие группы:

1 Монолитные

2 Моноблочные (панельные)

3 Каркасные

Главный отличительный признак, лежащий в основе такой классификации- технологии изготовления конструкции.