Расчетные зависимости для определения ветровых нагрузок.

Для определения ветровых нагрузок на конструкцию она, как правило, условно разбивается на ряд участков длиной не более 10м каждый, а расчетная схема представляется в виде сосредоточенных сил и масс, приведенных к серединам соответствующих участков. При этом полная ветровая нагрузка в направлении ветрового потока на j-й элемент конструкции ровна сумме статической пульсационной и инерционной составляющих. Статическая составляющая нагрузка определяется по зависимости:

= ,

Где =α n – расчетный ветровой напор для предельного воздействия;

α=1.18- коэффициент, учитывающий период осреднения нормативного скоростного напора;

n- коэффициент перегрузки, принимаемый 1.0, 1.2,1.3 в зависимости срока эксплуатации конструкции;

= - скоростной напор для предельного ветрового воздействия на высоте 10м;

-плотность воздуха при максимальной температуре воздуха в рассматриваемом районе (СНиП 2.01. 07-88 нагрузки и воздействия);

- максимальная скорость ветра в рассматриваемом районе;

-коэффициент лобового сопротивления (для агрегатов и конструкций ≈0.7…1.4);

- коэффициент увеличения скоростного напора на высоте;

-расчетная наветренная площадь.

Пульсационная составляющая нагрузки определяет воздействие порывов ветра

= ,

где -коэффициент вариации скоростного напора;

А-коэффициент масштаба конструкции;

- квантиль нормального распределения, отвечающий заданной вероятности направления нагрузки по отношении к расчетной величине (обычно А лежит в пределах 1.22…1.75).

Инерционная нагрузка возникает в результате действия пульсаций давления ветрового напора

= ,

где -масса j-го участка конструкции;

- приведенное ускорение серединного участка конструкций;

- спектральный коэффициент, зависящий от отношения соответственной частоты колебаний и расчетной скорости;

- коэффициент, учитывающий несинхронность порывов ветра;

-коэффициент затухания, учитывающий демпфирование

Полная нагрузка определяется как сумма статической и динамической составляющих:

При расчете ветровых нагрузок необходимо пользоваться «СНиП 2.01.07.-85 Нагрузки и воздействия 6.Ветровые нагрузки».

Выбор рационального принципа структурного построения НКИ и построения генерального плана

Основными параметрами, определяющими принципы построения, структуру и состав систем наземного обслуживания являются:

1) габаритно-массовые характеристики ЛА;

2) спецификация компонентов топлива;

3) время функционирования комплекса от первого пуска ЛА до последнего;

4) время накопления необходимого запаса ЛА (время от момента окончания заводской сборки первого ЛА до момента пуска первого ЛА);

5) количество запускаемых ЛА с помощью КСНО за время его функционирования и особенности техники пуска, существующие на данный момент времени.

Существует несколько методов предстартовой подготовки ЛА, каждый из которых требует наличия определенного набора элементов систем наземного обеспечения и в конкретных условиях применения обладает преимуществом перед другими.

В общем виде приведенная стоимость создания любого КСНО представляет собой аддитивную функцию, слагаемыми которой являются стоимости агрегатов, сооружения и системы наземного обслуживания:

, (5.1)

где — полная стоимость создания КСНО; N — количество разнородных элементов КСНО; — стоимость i-го элемента; — количество одинаковых элементов КСНО (например, заправочных агрегатов).

Очевидно, в зависимости от схемы структурного построен

ия и особенностей его отдельных элементов общая стоимость систем

наземного обеспечения будет различной даже при использовании одного и того же метода предстартовой подготовки ЛА.

Так, для горизонтального метода сборки ЛА на ТП возможны два основных варианта построения стартовой позиции, включающей несколько пусковых установок:

а) обслуживание каждой пусковой установки автономной системой заправки, стационарным или передвижным установщиком и передвижной башней обслуживания. При этом стоимость будет определяться как

, (5.2)

где — количество пусковых установок; — стоимость одной пусковой установки; — стоимость транспортно-пускового агрегата; — стоимость башни обслуживания; — стоимость заправочного оборудования;

б) обслуживание всех пусковых установок общей системой заправки, одним или передвижными установками и передвижными башнями обслуживания. При этом стоимость определяется по формуле

. (5.3)

Подобные стоимостные зависимости составляются для различных вариантов структурного построения КСНО с учетом особенностей его отдельных элементов.

Если суммарная стоимость создания КСНО является функцией одного аргумента (например, стартовой массы ЛА), сравнительный анализ вариантов построения систем наземного обслуживания может быть проведен графически.

На рис. 5.1. представлены зависимости стоимости создания КСНО от стартовой массы для четырех основах методов подготовки ЛА: а — горизонтальная сборка ЛА в МИК на ТП с последующей транспортировкой и установкой на ПУ; б — вертикальная сборка ЛА в МИК на ТП и доставка на ПУ; в — сборка ЛА на стартовом устройстве минуя ТП;г — совмещенный метод сборки.

Мг

Из анализа графика видно, что при более рациональной оказывается горизонтальная сборка в МИК на ТП с последующей транспортировкой на СП и установкой в вертикальное положение на ПУ.

Выбор рационального принципа структурного построения позволяет определить рациональные методы сборки ЛА различных классов и оптимальный состав основных элементов КСНО при проведении технологического процесса подготовки ЛА.

Для выбранного рационального принципа структурного построения КСНО необходимо определить дислокацию и составить генеральный план размещения основных систем наземного обеспечения.

Требования, предъявляемые к дислокации и планировке КСНО, могут быть сведены в три основные группы.

Требования, обусловленные задачами, которые возлагаются на обслуживаемый ЛА. Удовлетворение требований осуществляется определением для каждого класса ЛА масштаба территории и прилегающих районов, а также азимута и широты дислокации КСНО.

Требования, характеризующие издержки создания и ввода в строй КСНО. К этим требованиям относятся удовлетворительные характеристики грунта, рельеф местности, уровень грунтовых вод и т. п., а также наличие строительных организаций, строительных материалов, воды, источников энергии, транспортных магистралей.

Эксплуатационные требования, к которым относятся метеорологические условия, определяемые перепадом годовых температур, розой ветров, количеством солнечных дней в году, количество гроз и т. п.; плотность населения в зоне размещения КСНО и зоне пусков ЛА; обеспеченность водой, энергией, наличием подъездных путей.

Сооружения на ТП и СП группируются как в соответствии с технологической принадлежностью, так и с учетом требований дислокации по защищенности.

При построении КСНО используется принцип зонирования, в соответствии с которым имеются зоны размещения ПУ, хранения комплектов топлива, вспомогательных производств, а также административно-хозяйственных зданий и другие. При обосновании масштабов этих зон наибольшую значимость имеет опасность крупных аварий, связанных со взрывом.

Задача определения параметров живучести элементов КСНО в общем случае имеет две формулировки:

определяется минимальное расстояние между элементами КСНО в зависимости от избыточного давления во фронте ударной волны, которую способны выдержать эти элементы.

определение оптимального соотношения между избыточным давлением во фронте ударной волны и расстоянием между элементами при минимальных затратах и заданной эффективности КСНО.

Для определения избыточного давления во фронте

ударной волны на расстоянии L от эпицентра взрыва можно пользоваться приближенной формулой М.А. Садовского:

, МПа, (5.4)

где — тротиловый эквивалент взрыва, кг; L — расстояние, м.

Из этой формулы можно получить величину безопасного расстояния, на котором должен находиться элемент КСНО от эпицентра:

. (5.5)

где — допустимое избыточное давление, при котором данный элемент КСНО сохраняет работоспособность. Допустимое избыточное давление для некоторых элементов КСНО приведено в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Допустимоеизбыточноедавлениедлянекоторыхэлементов КСНО

Элемент КСНО	, МПа
Защищенный КП	0,5…1
Закрытоехранилище КРТ	0,2
Открытоехранилище КРТ	0,01
Башниобслуживания	0,03
МИК ЛА и МИК КО	0,002
Жилыездания	0.005…0,01
ЛА	0,001…0,003
Открытый КП	0,01

Поскольку увеличение расстояния между сооружениями уменьшает стоимость их строительства за счет снижения требований к прочности, а с другой стороны увеличение расстояния между этими сооружениями увеличивает стоимость коммуникаций и дорог, то, очевидно, существует оптимальное соотношение между расстоянием L и допустимым избыточным давлением , при котором

, (5.6)

, (5.7)

где — суммарные затраты на строительство сооружений и дорог; — стоимость строительства сооружений; — стоимость строительства дорог; — суммарная стоимость хранилища и коммуникаций; — стоимость строительства хранилища и коммуникаций соответственно.

Найдем расстояние между некоторыми элементами КСНО из условий безопасности при возможном взрыве ЛА на стартовом устройстве.

Определяется оптимальное расстояние между ПУ и хранилищем компонента топлива на основе анализа зависимости между стоимостью системы заправки и стоимостями строительства хранилища и заправочных коммуникаций. Чем ближе к ПУ расположено хранилище, тем большее избыточное давление оно должно выдерживать и тем оно дороже. При этом коммуникации будут короче, а стоимость их меньше, т.е. существует такое соотношение между расстоянием и избыточным давлением, при котором стоимость системы заправки минимальна. Аналитическиэтозапишетсятак:

, (5.8)

где К — коэффициент соотношения строительного объема к общему объему емкости (К=6,4 для цилиндрических емкостей); — объем хранилища; — удельная стоимость строительства хранилища; — коэффициент степени защищенности; — коэффициент пропорциональности; — удельная стоимость строительства коммуникаций, р/м3.

Расстояние, на котором избыточное давление во фронте ударной волны составляет , определяется по формуле (5.5).

Проведенный анализ показывает, что оптимальное расстояние между ПУ и хранилищем компонента топлива определяется (в метрах) по формуле

, (5.9)

где — стартовая масса ЛА, кг; — функция, зависящая от компонента и определяемая эмпирическим путем. Для некоторых компонентов значение F приведено в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Значения функции F для некоторых компонентов топлива

Компонент	АТ+НДМГ		О2+РГ1		О2+Н2
Компонент	АТ	НДМГ	О2	РГ1	О2	Н2
F	1,515	1,257	2,1	1,506	2,745	5,139

Безопасное расстояние отвода башни обслуживания от пускового устройства определяется по следующим формулам:

для AT НДМГ ;

для О2 + РП ; (5.10)

для О2 + Н2 ,

где допустимое избыточное давление принято МПа; расстояние в м; стартовая масса в кг.

Безопасное расстояние от ПУ до МИК:

для AT НДМГ ;

для О2 + РГ1 ; (5.11)

для О2 + Н2 ,

где допустимое давление для МИК составляет МПа.

Безопасное расстояние от ПУ до жилого городка:

для AT НДМГ ;

для О2 + РГ1 ; (5.12)

для О2 + Н2 ,

где допустимое избыточное давление МПа.

5.2. Выбор проектных параметров отдельных элементов наземного обеспечения

5.2.1. Транспортно-установочный агрегат

Для расчета и проектирования транспортно-установочного агрегата (ТУА) задаются исходные данные, в которых обычно указываются характеристики ЛА (масса, длина, диаметр, координаты центра масс, допустимые нагрузки, места крепления ЛА на стреле) и условия эксплуатации ТУА. Если транспортный агрегат задан, то в исходных данных приводятся его технические характеристики (масса, грузоподъемность, распределение массы по осям, тип двигателя и т. д.), в противном случае транспортный агрегат выбирается из числа выпускаемых промышленностью либо проектируется специально.

Выбор конструктивно-компоновочной схемы транспортно-установочного агрегата при проектировании осуществляется методом последовательных приближений. Основными при расчете элементов ТУА в первом приближении считаются сосредоточенные нагрузки от действия ЛА, а также ветровые и инерциональные нагрузки.

Расчет рамы транспортно-установочного агрегата на прочность и прогиб производится с учетом статических массовых нагрузок и дополнительных нагрузок при колебаниях ТУА и его торможении. На раму при расчете ее на прочность действуют сосредоточенные в местах креплений нагрузки стрелы с находящимися на ней, ЛА, механизма подъема и вспомогательного оборудования, а также распределенная по линейному закону массовая нагрузка от самой рамы. В качестве расчетной схемы выбирается балка, имеющая количество опор, равное количеству осей ТУА. Напряжения, возникающие в i-м сечении:

, (5.13)

где — расчетный изгибающий момент в i-м сечении, равный наибольшему суммарному моменту от действия сосредоточенных сил и тормозного усилия; — момент сопротивления i-гo сечения;

— предельно допустимое напряжение на растяжение.

Прогиб рамы может быть определен как

, (5.14)

где — изгибающий момент в i-м сечении фиктивной балки; — жесткость действительной балки в i-м сечении.

Оптимальный прогиб должен отвечать условию

, (5.15)

где L — длина балки; — допустимое значение относительного прогиба.

На основании прочностного расчета выбираются основные Размеры рамы и материал, из которого она изготавливается, а затем осуществляется расчет массы рамы по формуле

, (5.16)

где , , — площадь сечения, длина элемента и плотность материала, из которого изготовлен -й элемент; n — количество конструктивных элементов рамы.

Масса рамы обычно составляет 45—55% общей массы рамы и колесного хода. Поэтому при оценочных расчетах можно считать, что масса колесного хода транспортно-установочного агрегата определяется как

Мкх= (0,85...1,2)Мр. (5.17)

При расчете на прочность стрелы необходимо иметь в виду, что ее конструкция и габаритные размеры зависят от ветровых нагрузок, а также от размеров и массы обслуживаемого ЛА. Стрела должна быть легкой, прочной и жесткой, а ее размеры минимальными. Конструкция стрелы и ее компоновка на ТУА не должны значительно увеличивать габариты транспортно-установочного агрегата и существенно повышать положение его центра масс. В большинстве конструкций стрел подъема несущими силовыми элементами являются две продольные балки, соединенные между собой поперечными связями.

Если рассматривать стрелу как две несвязные опертые балки, на каждую из которых вследствие симметричности конструкции стрелы приходится половина массы ЛА, то напряжение изгиба в любом сечении определяется из уравнения, аналогичного (5.13).

Подбор сечения балок стрелы производится по формуле

, (5.18)

где для двутаврового профиля ; В — ширина верхней и нижней полок; Н — высота двутавра; h — расстояние между верхней и нижней полками; — выступающая часть верхней и нижней полок.

Прогиб определяется по формуле, аналогичной (5.14), причем необходимо учитывать, что для стальных балок величина относительного прогиба должна находиться в пределах 0,001—0,004.

Масса стрелы указанной конструкции найдется по формуле

, (5.19)

где BH-bh — площадь поперечного сечения двутавра; L — длина стрелы; — плотность материала; К — коэффициент, учитывающий изменение площади поперечного сечения балки.

Исходными данными для расчета гидродомкрата механизма подъема стрелы являются усилия, которые он должен развивать для подъема стрелы с ЛА на различных углах подъема. В общем случае телескопический гидродомкрат представляет собой многоступенчатый полый цилиндр с шарнирно закрепленными концами, расчет которого производится по обычной методике.

Масса гидросистемы ТУА может быть определена с помощью зависимости

, (5.20)

где — масса гидросистемы, т; Р — давление в гидросистеме, т/м2; — внутренний диаметр гидродомкрата, м; — общее количество гидродомкратов.

Масса электросистемы ТУА аппроксимируется зависимостью

. (5.21)

Масса подвижных опор транспортно-установочного агрегата приближенно составит

, (5.22)

где — масса ТУА без ходовой части, помещений и опор.

Масса помещений подвижного агрегата ТУА оценивается зависимостью

. (11.23)

Коэффициент массы вспомогательных элементов, расположенных по стреле установщика:

, (5.24)

где — масса транспортируемого груза и транспортной тележки на стреле установщика; — масса вспомогательных элементов.

5.2.2. Башня обслуживания

Основное назначение башни обслуживания — обеспечение предстартовой подготовки ЛА при нахождении его в вертикальном положении на ТП и СП. Башни обслуживания могут быть как передвижными, так и стационарными.

Передвижные башни способны двигаться по рельсовым путям на расстояния, обеспечивающие их сохранность при пуске или аварии ЛА.

Поворотные башни применяются для обслуживания ЛА в одной плоскости. Перед пуском эти башни поворачиваются по кольцевому рельсу вокруг центральной опоры на угол, обеспечивающий их сохранность.

Стационарные башни обслуживания монтируются на пусковой системе или рядом с ней. Такие башни оборудованы специальными рабочими площадками, на которых размещаются необходимые электропневмогидросистемы. Перед пуском ЛА или в момент пуска они отводятся на безопасное расстояние.

На башню обслуживания в основном действуют нагрузки от массы площадок, вспомогательного оборудования и ветровые нагрузки.

Масса одной площадки определяется по формуле

, (5.25)

где — статистический коэффициент, равный 0,06 для двухколонной пролетной площадки, 0,09 — для четырехколонной пролетной площадки, 0,13 — для консольных площадок; — средняя длина консоли или пролета, м; — нагрузка от персонала со вспомогательным оборудованием; — нагрузка от технологических систем на одну площадку, т; — масса площадки, т; — средняя площадь площадки обслуживания, м2; — предел текучести, т/м3; — масса нулевой площадки, т.

Массалифтовоцениваетсязависимостью

, (5.26)

где — статистический коэффициент, меньшее значение которого относится к случаю расположения лифта внутри колонны, а большее — снаружи; — количество лифтов; — высота колонны башни обслуживания, м; — грузоподъемность лифтов, т: 0,35; 0,5; 1,0.

Масса стреловых кранов зависит от грузоподъемности и вылета стрелы

, (5.27)

где — грузоподъемность крана; — вылет стрелы, м.

Суммарная масса электрогидросистем башни обслуживания

, (5.28)

где — статистический коэффициент, большее значение которого предназначено для стационарных БО, а меньшее — для подвижных: ; — масса башни обслуживания, т.

Диаметр колеса нестационарной тележки можно определить по формуле

, (5.29)

где — статистический коэффициент; — полная масса БО; — количество колес.

Ширина межколесного просвета (для многоколонных БО)

, (5.30)

где — диаметр газовода, м.

Высота башни обслуживания определяется длиной ЛА и составляет

, (5.31)

где — полная длина ЛА.

5.2.3. Монтажно-испытательный корпус

Монтажно-испытательный корпус является основным сооружением ТП. Он предназначен для размещения специального оборудования, обеспечивающего прием с заводов-изготовителей ступеней, блоков и отдельных узлов ЛА, их разгрузку, расконсервацию, хранение, горизонтальную или вертикальную сборку, автономные и комплексные испытания, проверку на герметичность, пристыковку космических объектов и перегрузку на транспортно-установочный агрегат. В монтажно-испытательном корпусе в зависимости от его размеров и класса ЛА можно собирать и испытывать один или несколько аппаратов.

Исходными данными для проектирования МИК являются габариты ЛА и его расположение (вертикальное или горизонтальное); расположение и габариты технологического оборудования; количество подъемных кранов, их грузоподъемность и режим работы; рельеф местности и структура грунта (гидрологические требования); условия эксплуатации МИК (освещение, температурно-влажностный режим).

При выборе конструктивной схемы МИК решаются следующие вопросы:

а) планируется размещение колонн здания в плане, расстояние между которыми Вп должно быть кратно 6 м;

б) выбирается схема поперечной рамы;

в) устанавливаются внутренние габариты здания;

г) определяются размеры основных конструктивных элементов каркаса;

д) компонуется конструкция подкрановых путей.

Наименьшая высота при горизонтальной сборке определяется максимальным диаметром ЛА:

, (5.32)