Методика расчета параметров равнонапряженной тороидальной оболочки композитного баллона

Рассмотрен перспективный тороидальный композитный баллон высокого давления. Предложен вариант конструкции, в которой его силовая оболочка армирована прочными волокнами вдоль меридиана. Получены расчетные зависимости для определения формы образующей равнопрочной тороидальной оболочки, записанные с помощью эллиптических интегралов. Образующая состоит из двух симметрично расположенных относительно горизонтальной оси гладких кривых, пересекающихся под острым углом. Вдоль окружности, по которой пересекаются поверхности вращения, образованные указанными кривыми, установлен кольцевой шпангоут, изготавливаемый окружной намоткой волокон. Приведен численный пример, в котором рассчитаны геометрические и массовые характеристики спроектированного тороидального баллона давления.

Литература

[1] Туманов А.В., Зеленцов В.В., Щеглов Г.А. Основы компоновки бортового оборудования космических аппаратов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. 341 с.

[2] Комков М.А., Тарасов В.А. Технология намотки композитных конструкций ракет и средств поражения. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 431 с.

[3] Комков М.А., Чан Нгок Тхань. Композитной торовый баллон для дыхательных аппаратов с продольно-поперечной схемой армирования композитной оболочки. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2006, № 3, с. 10–19.

[4] Cook J., Chambers J., Richards B.J. Toroidal pressure vessels for breathing apparatus. Progress Through Innovation and Cost Effectiveness. SAMPE, 1998, pp. 125–132.

[5] Комков М.А. Равнонапряженная торовая оболочка, изготовленная методом намотки из армированного стеклопластика. Применение пластмасс в машиностроении, 1978, № 17, с. 75–83.

[6] Комков М.А., Бочкарев С.В., Галиновский А.Л. и др. Технология производства и диагностика качества композитных конструкций ракетно-космической техники. Старый Оскол, ТНТ, 2020. 344 с.

[7] Гузева Т.А., Нехороших Г.Е. Технология изготовления предварительно пропитанных волокнистых материалов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 29 с.

[8] Намоточные станки и другое оборудование. namotka.com: веб-сайт. URL: http://www.namotka.com/products/ (дата обращения: 05.05.2023).

[9] Образцов И.Ф., Васильев В.В., Бунаков В.А. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов. Москва, Машиностроение, 1977. 144 с.

[10] Vasiliev V.V. Composite pressure vessels. Bull Ridge, 2009. 690 p.

[11] Шерч Г., Бергграф О. Аналитическое исследование оптимальной формы сосудов давления, навитых из волокон. Ракетная техника и космонавтика, 1964, № 5, с. 33–47.

[12] Черевацкий С.Б., Ромашов Ю.Т. К исследованию оболочек вращения образованных намоткой одним семейством нитей. Прочность и динамика авиационных двигателей, 1966, № 4, с. 5–19.

[13] Феодосьев В.И. Избранные задачи и вопросы по сопротивлению материалов. Москва, Наука, 1996. 365 с.

[14] Зиновьев П.А., Фомин Б.Я. Проектирование сосудов давления минимального веса, образованных намоткой стеклонитью. В: Полимерные материалы в машиностроении. Сб. научных трудов. Вып. 127. Пермь, Перм. политехн. ин-т, 1973, с. 91–96.

[15] Komkov M.A., Galinovskiy A.L., Htet K.M. Composite shell of toroidal balloons of breathing apparatus with meridional winding of threads. J. Phys.: Conf. Ser., 2021, vol. 1990, art. 012048, doi: http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/1990/1/012048

[16] Комков М.А. Тороидальная равнонапряженная оболочка сосуда давления, образованная меридиональной и окружной намоткой нитей. Инженерный журнал: наука и инновации, 2021, № 8, doi: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2021-8-2100

[17] Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. Москва, Физматгиз, 1963. 1100 с.

[18] Сарбаев Б.С., Муравьев В.В., Чжан С. Проектирование тороидального композитного баллона высокого давления, изготавливаемого меридиональной намоткой волокон. Известия вузов. Сер. Технология текстильной промышленности, 2021, № 6, с. 256–263, doi: http://dx.doi.org/10.47367/0021-3497_2021_6_256