Устойчивый строительный купол для основы стартового стола ракет-носителей

Во время ознакомления с космической техникой интерес вызвали стартовые устройства ракет-носителей. Особое внимание было обращено на сооружение для запуска ракет космического назначения «Союз». Самое большое и тяжёлое сооружение для запуска ракет этого типа называется стартовый стол. Такое название соответствует форме конструкции: главные опоры похожи на ножки стола, горизонтальная плита напоминает столешницу, глубоко заземлённый фундамент принимает нагрузку от всех объектов. Сразу появилась критика строительного сооружения, потому что работа в области силовых конструкций началась не с нуля, ранее были исследованы строительные арки, было выполнено их сравнение с Египетскими пирамидами. Является ли стартовый стол такими же долговечным, как Пирамиды? Вряд ли, потому что многие детали требуют прочного закрепления, например, сваркой. В Египетских пирамидах никаких закреплений каменных блоков нет – все они лежат друг на друге только под действием вертикальных сил тяжести и реакций опор. По сути Пирамиды представляют устойчивую строительную сборку.
В работе продолжается исследование устойчивых строительных сборок. Именно сборок, а не сварных конструкций или комплексов с множеством креплений деталей различными способами: сварка, заклёпки, винты и т.д. В устойчивой строительной сборке детали укладываются одна на другую и лежат под действием только вертикальных сил тяжести и вертикальных реакций опор. Такая сборка применена не только в Египетских пирамидах. Такие сборки применял Гаспар Монж в 18-19-х веках при строительстве каменных арок. Однако арки обязательно требуют боковых укреплений, обычно в виде контрарок. Нельзя ли создать арку без боковых напряжений, то есть без контрарок? Ответу на этот вопрос была посвящена прошлая работа. Доказано, что такую арку изготовить можно из прямоугольных блоков. Авторская модель арки была изготовлена. В работах Н.Н.Андреева на сайте «Математические этюды» такая арка тоже есть, но иллюстрирует другую цель – бесконечную лестницу, которая может быть любой ширины и высоты. Цель исследования в продолжающейся научной работе заключается в исключении боковых, касательных, сдвигающих напряжений, причём не только в двумерной конструкции арки, но и в более сложных трёхмерных конструкциях куполов.
Идея проектирования нового купольного перекрытия похожа на метод решения задачи для плоской устойчивой арки. Но форма деталей пространственной конструкции в принципе отличается от прямоугольных кирпичей или блоков. Предлагается блоки сделать в виде круговых секторов, а потом опорные секторы, кроме верхнего, сделать усечёнными. Усечённый круговой сектор получается после удаления от вершины меньшей подобной части. Круговые секторы можно уложить вплотную друг к другу, получится купол. Если угол круговых секторов маленький, то их можно рассматривать как равнобедренные треугольники. Центр тяжести равнобедренного треугольника находится на одной трети высоты от его основания. Это главный принцип расчёта. Но оказалось, что проще определить допустимые выступы экспериментальным методом, то есть выдвигать круговой сектор на краю стола, пока не будет опрокидывания. Отметка на детали показывает допустимый выступ для устойчивой конструкции. После получения экспериментальных исходных данных было выполнено компьютерное моделирование нового устойчивого купола и создана пенопластовая натурная модель. Компьютерная 3D-модель нового купола создана с помощью программы Google SketchUp 8. Эта программа позволяет рисовать круги и прямоугольники заданных размеров, а потом применять инструмент «Ведение» для получения фигур вращения. Программа позволяет задавать точные размеры деталей, поэтому новый устойчивый купол полностью соответствует расчётным значениям.
Вывод. Теоретические, компьютерные и натурные данные совпали. Это означает подтверждение гипотезы об устойчивости нового строительного сооружения в виде купола.