Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов. Рубрика в журнале - Космическая техника и технологии
Разработка и обеспечение прочности вторичной конструкции космического аппарата
Статья научная
Обоснована значимость и актуальность темы, описана постановка комплексной задачи и рациональный путь её поэтапного решения. Алгоритм создания вторичной конструкции космического аппарата построен на основе многолетнего опыта практической работы в области ракетно-космической техники. Итерационный характер процесса разработки обусловлен зависимостью проектных нагрузок от получаемых параметров создаваемой конструкции. Показаны принципы разработки и развития конечно-элементной модели, которая формируется параллельно с конструкцией и играет ключевую роль на всех стадиях работ. Для достижения удовлетворительной точности необходима корректировка модели по результатам определения собственных частот и коэффициентов усиления при экспериментальной отработке. Особенности моделей, сложности их построения и верификации показаны на конкретных примерах разработанных РКК «Энергия» изделий. Единые принципы построения моделей отдельных частей изделия, их совместимость, гарантии достоверности и точности позволяют использовать многоуровневую модель в качестве эффективного инструмента сопровождения эксплуатации изделия, в частности для оценки остаточного ресурса, анализа нештатных ситуаций, модернизации и разработки модификаций. Единообразие в подходе к моделированию может быть достигнуто внесением соответствующих требований в нормативную документацию.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты численного и экспериментального исследований турбулентного обтекания космической головной части с пилотируемым транспортным кораблем и ракетным блоком аварийного спасения на участке выведения на орбиту. Основной задачей этих исследований является определение амплитудночастотных характеристик пульсаций давления на поверхности возвращаемого аппарата. Описана двухэтапная комбинированная схема с моделированием вихревых структур рассматриваемого турбулентного течения, построенная для решения данной задачи, и представлены результаты ее верификации путем сопоставления соответствующих расчетных данных с результатами измерений пульсаций давления на модели масштаба М 1:20, параллельно проводившихся в аэродинамической трубе Т-128 ЦАГИ. Анализ результатов расчетов обтекания натурного объекта при дозвуковых, трансзвуковых и сверхзвуковых режимах полета свидетельствует о том, что на участке выведения поверхность космической головной части испытывает сильные динамические нагрузки (при числе Маха полета М = 1,5 интенсивность пульсаций давления достигает 175 дБ). Показано также, что значительный (до 7 дБ) дополнительный вклад в эти нагрузки вносится турбулентными вихревыми следами за соплами двигателей ракетного блока аварийного спасения.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей статье исследуется влияние различных способов подготовки поверхности углепластиков на прочностные характеристики клеевых соединений, представлены требования к «жертвенным» слоям, рассмотрены различные материалы «жертвенных» слоёв, проведена сравнительная оценка усилия (лёгкости отслаивания) их удаления, наличия остатков углеродного наполнителя на «жертвенном» слое, а также наличия на углепластике остатков «жертвенного» слоя. Приведены результаты экспериментальной отработки способов подготовки поверхности углепластиков к склеиванию, проанализирован характер разрушения клеевого соединения, и определены характеристики прочности клеевых соединений с различными способами подготовки поверхностей склеиваемых образцов.
Бесплатно
Система отработки вибропрочности: опыт применения и перспективы развития
Статья научная
В статье изложены основные принципы отечественной системы обеспечения вибропрочности изделий ракетно-космической техники. Система сложилась в общем русле развития ракетной техники во второй половине XX века. Работа в рамках системы предусматривает выполнение двух взаимосвязанных частей: расчетно-теоретической и экспериментальной. Следование принципам системы гарантирует надежность сопротивления конструкций вибрационным и другим динамическим воздействиям. Освещена ключевая роль динамического моделирования в комплексе задач отработки вибропрочности: достоверная, верифицированная на изделии-прототипе динамическая конечно-элементная модель повышает качество и надежность конструкции и позволяет сократить объем ее экспериментальной отработки. На основе опыта осуществленных РКК «Энергия» проектов сформулированы практические рекомендации по моделированию и рациональным способам решения расчетных и экспериментальных задач. С учетом зарубежного опыта указаны перспективы развития системы. Сформирован и изложен комплекс проблемных мероприятий в масштабах ракетно-космической отрасли, реализация которых необходима для реформирования системы.
Бесплатно
Термодинамическая модель процессов в криогенных топливных баках
Статья научная
Предложена упрощенная модель тепло физических процессов для различных режимов работы криогенного топливного бака на основе предположения об однородности параметров в жидкой и паровой фазах компонента. Модель является универсальной и позволяет моделировать различные режимы работы бака, такие как заправка, отбор компонента для работы двигателя с наддувом бака, бездренажное хранение и др. При помощи данной модели проведена оценка массы потерь жидкого водорода при заправке на космодроме перспективного разгонного блока. Для режима бездренажного хранения результаты расчета по представленной модели сравниваются с данными экспериментов. Получено, что данный подход существенно занижает скорость роста давления, причем погрешность падает при уменьшении степени заполнения бака. По результатам сравнения, в случае бездренажного хранения рекомендуется применять данную методику в качестве оценки скорости роста давления снизу.
Бесплатно
Численное моделирование высокоскоростного ударного воздействия на конструкцию космических аппаратов
Статья научная
Техногенное засорение околоземного космического пространства представляет собой реальную угрозу функционированию космических аппаратов (КА), в т. ч. и реальную угрозу повреждения и разрушения советских космических аппаратов с бортовыми ядерными энергетическими установками (ЯЭУ), прекратившими активное существование три десятилетия назад. Столкновение космического мусора с элементами конструкции КА может как иметь катастрофические последствия, так и вызывать локальные повреждения (например, пробой элементов обеспечения теплового режима), которые влекут за собой потерю работоспособности аппарата или утрату некоторых функций. В случае КА с ЯЭУ ударное воздействие на конструкцию может приводить к образованию осколков с остаточной радиоактивностью, что требует постоянного внимания к состоянию аппаратов этого типа на орбитах «захоронения». Чтобы прогнозировать возникновение фрагментов космического мусора в околоземном космическом пространстве, оценивать живучесть КА, а также разрабатывать технические средства защиты, создан программный комплекс REACTOR, позволяющий решать с помощью настольного компьютера задачи расчёта последствий ударного воздействия на сложные технические объекты с функцией подсчёта количества образовавшихся фрагментов (осколков) и спектров их скоростей. В качестве объекта исследования построена схематичная модель КА и модель реактора космической ЯЭУ, выполнены расчёты. В результа те расчётов получены качественные и количественные характеристики образовавшихся фрагментов.
Бесплатно
