Оболочка аэростата

В расчете прочности оболочки аэростат рассматривается как балка, находящаяся под действием: собственного веса, подъемной силы, аэродинамической нагрузки и местных нагрузок в пунктах крепления поясов. По рассчитанным изгибающим моментам в от­дельных сечениях устанавливают величины минимального избыточ­ного давления, необходимого для предотвращения деформации сжатия. При проектировании стремятся к тому, чтобы обойтись возможно меньшим избыточным давлением в оболочке.

Нагруженность ткани оболочки. Для расчета применяют урав­нения (11.3) и (11.4), приведенные выше, относя их к сечению с наибольшим радиусом (миделевому сечению), где г соответствует принятому радиусу оболочки r_маКс, a cosy= 1.

Из уравнений (11.3) и (11.4) следует:

В ином случае имело бы место недопустимое смятие ткани обо­лочки, которое ведет к образованию складки, т. е. к изменению формы оболочки, так как ткань практически не оказывает сопро­тивления сжатию. Условие (11.6) в обычных оболочках так назы­ваемой удлиненной формы всегда соблюдается; однако и в них могут возникать напряжения сжатия, если будут иметь место зна­чительные величины горизонтальных слагающих усилий от натя­жения в спусках такелажа и др. Оболочка должна противостоять вмятию от ветра. Вмятие, так называемая «ложка», ведет к значи­тельному увеличению лобового сопротивления аэростата. Поэтому необходимо, чтобы р было больше скоростного напора q воздуха со стороны носа на оси аэростата

плотности   y_h, деленной   на   9,81   м/с2),   10Н.с2/м⁴;   V — скорость ветра, м/с.

Применяя уравнение (11.5), находят Т_т; приняв запас прочно­сти и слойность ткани, находят разрушающее нагружение и выби­рают соответственный тип ткани. Обычно для аэростатов заграж­дения принимают 4—5-кратный запас прочности. В большинстве случаев р₀ велико, по сравнению с г_макс, поэтому величиной _rМакс/ро часто (особенно в предварительных расчетах) пренебрегают и оп­ределяют напряжение Т_т по следующему уравнению:

 

Наличие швов в оболочке увеличивает ее жесткость (образуется своеобразная сетчатая структура оболочек) и усиливает прочность баллонной ткани примерно на 5%.

Определение деформации оболочки. Наибольшие напряжения в оболочке Т_т и Т₀ в миделевом сечении, при р₀, довольно боль­шом, по сравнению с rмакс, и при cosy, близком к 1, можно принять по приближенным формулам (11.9) и (11.6). Исходя из рассчитан­ных T_т и T₀ и диаграмм нормальных характеристик ткани (см. главу 9), находят в первом приближении относительное удлинение E_Т ткани по тангенциальному (окружному) направлению и относи­тельное укорочение е₀ по осевому направлению. По этим данным определяют размеры Rмакс и Li, которые получит центральный отсек оболочки, имевший начальные размеры r_макc и Li, а также новую длину L всего аэростата

 

Изменение размеров аэростата по диаметру и по длине приво­дит, при том же избыточном давлении, к новым значениям на­пряжений:

 

Исходя из найденных новых значений T_т и Т₀, можно тем же путем, в порядке второго приближения, определить новые значения относительных удлинений Eт и E₀ с точностью, вполне достаточной для практических целей.

Пример расчета. Задано: скорость ветра у земли v = 20 м/с; r_маКс = 3,4 м и ро = 32,5 м.