Разработка систем гашения вибрационных возмущений при отделении пиротехнических средств в конструкции отсека или агрегата летательного аппарата
Введение
При разработке конструкции КА, как и при разработке конструкции любого другого летательного аппарата или другой технической системы, достигается две основные задачи: образуется реальный облик, разрабатываемого аппарата и появляется возможность его конструктивно-технологического формирования, т.е. отрабатывается конструкторская документация и проводится технологическая подготовка для запуска аппарата в производство. При применении последовательного метода разработки аппарата, а именно такой применяется на сегодняшнее время во всех странах, производящих КА, конструкторская разработка стоит сразу после проведения проектных проработок. Именно конструкторская проработка должна ответить на самые важные вопросы при создании КА. Прежде всего, она должна подтвердить правильность выбранной конструктивно-силовой схемы и возможность создания данного аппарата с заложенными при проектировании массовыми характеристиками при обеспечении прочности и жёсткости.
Разработанная рабочая документация является основополагающей для разработки технологии изготовления деталей, узлов, всего аппарата в целом и организации производственного процесса. В процессе прохождения курса конструкции предполагается, что слушатели прошли и усвоили такие курсы, как прочность, материаловедение, строительную механику, метрологию, аэродинамику, технологию производства летательных аппаратов и другие дисциплины и могут успешно применять их при решении задач, которые возникают при разработке конструкции летательных аппаратов.
При освоении курса конструкции летательных аппаратов слушатель должен получить навыки конструирования типовых элементов конструкции и практическое применение знаний по использованию ЕСКД при разработке конструкторской документации. Для получения знаний в области конструирования предусматривается прослушивание цикла лекций по этой дисциплине, проведение лабораторных работ по изучению реальной конструкции аппаратов и выполнение самостоятельно курсового проекта по разработке конкретной конструкции отсека или агрегата летательного аппарата.
Часто прииходится слышать: конструкция, коструирование. Особенно любят так говорить те, кторые никогда не принимали участие в этом прцссе и не разрабатывал докуметации для производства самой простой детали - шайбы.
1.Разработка проектно-конструкторской документации.
В процессе разработки изделий РКТ в конструкторском бюро разделение разработки аппарата идет по основным подразделениям: проектным и конструкторским.
На проектные подразделениявозлагаются определение основных характеристик, разработка конструктивно-компоновочных схем, определение состава агрегатов и систем, а также корректировка характеристик, состава, компоновки и массовых характеристик в ходе отработки. В обязанность проектных подразделений входит, кроме того, ведение основной документации: технических предложений; эскизных и технических проектов.
В конструкторских подразделенияхразрабатываются конструкции корпусов, механических агрегатов и узлов, приборов и оборудования, конструктивные элементы для монтажа; осуществляется авторский надзор в производстве и испытаниях; корректируется конструкторская документация в процессе отработки. Среди документации, которую ведут эти подразделения, основными являются чертежи, спецификации, ведомости, расчеты, программы конструкторских испытаний, инструкции по эксплуатации, технические описания.
Технологические службыпроводят технологическую отработку конструкторской документации, разрабатывают директивную технологию и технологии сборочно-монтажных операций изготовления корпусов, механизмов, пневмогидроарматуры, приборов, оборудования, конструкций узлов, технологической оснастки и приспособлений. Результаты работы технологических служб отражаются в директивной технологии, картах техпроцессов, документации на оснастку и приспособления.
Опытное производствозанимается изготовлением деталей, узлов, сборкой агрегатов, блоков; проводит заводские контрольные испытания; изготавливает оснастки и приспособления. К основной документации опытного производства относятся технологические паспорта и паспорта на узлы и агрегаты.
На испытательные службывозложены лабораторные испытания материалов и элементов конструкции, конструкторско-доводочные испытания; отработочные испытания на макетах и моделях, стендовые и летно-конструкторские испытания. Их основная документация: программы испытаний, инструкции по эксплуатации, технические задания на испытания оборудования, отчеты и акты об испытаниях.
Процесс разработки конструкций включает следующие стадии проектирования:
Технический проект. На этой стадии анализируются конструкторские решения по существующим изделиям, формируется конструкция на основании традиционных решений, проводится оценка степени соответствия ее исходным данным и ее технического уровня. Разрабатываются варианты, соответствующие современным прогрессивным техническим решениям. Проводится сравнительный анализ вариантов по технико-экономическим показателям, массовым характеристикам, надежности, технологичности и т.д. Выбирается один (оптимальный) вариант для дальнейшей разработки.
Разработку рабочей документации, которая состоит в детальной проработке всех элементов конструкции, выпуске самой документации, в изготовлении изделий для контрольно-доводочных испытаний (КДИ) и проведении КДИ, в технологическом контроле и корректировке документации по результатам отработочных испытаний;
Опытное производство. Оно начинается после подготовки конструкторской документации, подготовки производства и заключается в изготовлении головного образца (после завершения отработки технологии) и экспериментальных изделий для испытаний;
Испытания. На этой стадии по результатам наземной отработки подготавливается заключение о готовности изделия к ЛКИ, корректируются проектная и конструкторская документация.
Работа над конструкцией начинается с получения и рассмотрения эскизного или технического проекта изделия, технического задания на отдельный узел или агрегат, технических условий, эскизной разработки агрегата, выполняемой ведущим инженером, и заканчивается передачей конструкции в эксплуатацию, уже опробованной в испытаниях, исправленной по результатам испытаний, "доведенной", отчего этот вид испытаний получил название доводочных.
В конструкциях различных изделий встречается большое количество однотипных элементов: типовых конфигураций деталей (резьбы, проточки, головки под ключ, закругления и т.п.), деталей и узлов конструкций целиком (крепежные детали, подшипники). Практика требует ограничить их разнообразие, унифицировать, выбрать ряд типоразмеров, рекомендуемых к применению в подавляющем большинстве случаев, особенно когда нет необходимости в каких-либо необычных конструктивных решениях этих элементов. Унифицироваться могут также типовые требования к технологии изготовления, к операциям контроля, к документации и т.д.
Работа по унификации того или иного технического решения завершается созданием стандарта. В зависимости от степени распространения в промышленности действуют: стандарты предприятия (СТП), отраслевые стандарты (ОСТы) и государственные стандарты (ГОСТы).
Состав конструкторской документации на различных стадиях проект-но-конструкторской разработки, требования к содержанию и оформлению различных конструкторских документов (графических и текстовых) определены комплексом стандартов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД). Осуществленное за последние полтора десятилетия внедрение стандартов ЕСКД в большинстве отраслей промышленности обеспечило единообразие конструкторской документации, упростило взаимный обмен опытом, технической информацией, а главное создало предпосылки для широкой кооперации при создании сложных изделий новой техники. Хорошее знание стандартов ЕСКД - необходимое условие для овладения азбукой конструкторского труда. Известны случаи и всемирной унификации в технике, например, уже внедренная в нашей стране международная система единиц (СИ).
Рассмотрим один из возможных вариантов цикла производства аппарата. При этом остановимся на самом простом и, но наиболее длительном, последовательном цикле. Он отражает вид мышления у большинства разработчиков аппаратов. Сам процесс состоит из ряда шагов, которые будем рассматривать с некоторыми упрощениямии и сокращениями.
Последовательный цикл производства аппарата состоит из следущих операций:
ПРОЕКТНОЕ ПРИЗВОДСТВО – разрабатывают копмоновочный облик аппарата. Это значит, что на основании знания движения аппарата по траектории, определяют состав служебных систем и их применение по траектории полёта. Определяют место расположения их на аппарате. Составляют их объёмно-массовые характеристики и разрабтывают компоновочную схему. На основании этого составляют массовою сводку конструкции аппарата. В неё входит масса конструкции систем приборов и масс кострукции самого аппарата, на которой размещаются вся аппаратура и
ислужебные элементы, необходимые для эксплуатации аппарата.
Масса конструкции аппарата и его элементов определяют или статистичексим способом или, если это возможно, прямым расчётом.
Такая схема не обладает достаточной точностью и уточнение возможно только по результатам конструкторской проработки. Это говорит о том, что мы имее повод к возврату разработки компоновки и проведению необходимых уточнений КОНСТРУКТОРСКАЯ ПРОРАБОТКА- на основании комоновочного чертежа аппарата и результатов расчёта траект
В ракетно – космической технике нашли применение достаточно ограниченное количество материалов. Это объясняется тем, что эти материалы хорошо освоены производством, имеют хорошо отработанную технологию обработки и имеют соответствующий сертификат качества на применение материала в конструкции космических аппаратов. Рассмотрим основные материалы, их физико-механические характеристики и основные области применения.
Начнём с рассмотрения алюминиевых сплавов, находящих наибольшее применение в конструкции космических аппаратах.
Столь широкое применение объясняется малыми величинами плотности и удовлетворительными физико-механическими характеристиками. Они находят применение как в герметичных, так и в негерметичных отсеках. Ниже, в таблице 1 приведены физико-механические характеристики алюминиевых сплавов для конструкции не герметичных конструкций. К ним относятся несущие корпуса, элементы крепления приборов, различные обтекатели и гаргроты.
Таблица 1 – Алюминиевые сплавы
Марка материала g, кг/см3 , ГПа ,МПа
+20оС +100 оС
+200 оС
+300 оС
Д16Т 2,85
В95Т1 2,85
АК4-2 2,85
Из материала Д16Т изготавливают листы, плиты, различные профили. Материал обладает достаточной пластичностью. Из него обычно делают обшивки отсеков и другие элементы конструкции. Это объясняется тем, что после гибки в конструкции практически не наблюдается остаточных деформаций.
Материал В95Т1, и ему подобные, находит применение в конструкции при значительных нагрузках, но имеет меньшую пластичность по сравнению с предыдущим материалом и из него выполняют отдельные силовые элементы (лонжероны, стрингеры, кронштейны и т.д.)
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. Выпускается в виде профилей, катаных плит, листов и т.д.
Из материала АК4-2 и ему подобных изготавливают кронштейны для восприятия сосредоточенных нагрузок. Заготовку подвергают ковке с целью получения надлежащей прочности материала по всем направлениям.
Материалы этого типа требуют обязательной защиты от коррозии. Обычно детали из этих материалов подвергают химической обработке (анодному оксидированию), а после этого грунтуют в два слоя и окрашивают.
Герметичные ёмкости изготавливают из алюминиевых сплавов, имеющих более низкие физико-механические характеристики, но они обладают хорошей свариваемостью. Это свойство крайне важно, так как позволяет получить конструкцию с заданной степенью герметичности. В таблице 2 приведены механические характеристики основных алюминиевых сплавов.
Таблица 2 – Материалы, применяемые в конструкции герметичных ёмкостей
Марка материала g, кг/см3 , ГПа , МПа
293 К 176 К 77 К 20 К
АМГ-6 2,64
340/170 360/180 440/200 530/210
293 К 176 К 20 К
2,78
440/350 550/400 650/420
Из этих материалов изготавливают листы, профили, поковки (массой до 2500 кг), проволоки и т.д.
Для защиты от коррозии детали, работающие в особо агрессивных средах, подвергают химической обработке.
Из сталей наибольшее распространение в ракетно – космической промышленности находят высокопрочные стали типа 30ХГСА. Из этой стали делают элементы крепежа и силовые несущие детали. Из нержавеющей стали Х18Н10Т изготавливают элементы конструкции пневмогидросистем. Высокопрочные стали типа ВНС применяют при изготовлении силовых элементов конструкции. В таблице 3 приведены механические характеристики основных сталей.
Таблица 3 – Стали
Марка материала g, кг/см3 , ГПа , МПа
+20оС +100 оС
+200 оС
+300 оС
30 ХГСА 7,85
30 ХГСНА 7,85
Х18Н10Т 7,9
ВНС 7,85
Полуфабрикатами сталей являются плиты, поковки (они имеют более высокие механические характеристики за счёт нагортовки материала), прутки, листы и т.д.
Для обеспечения коррозионной устойчивости детали из стали типа 30ХГСА покрывают кадмием и в некоторых случаяхдополнительно окрашивают, а детали из нержавеющих сталей химически пассивируют.
Для конструкции корпусов космических кораблей, межпланетных космических аппаратов и им подобным используют магниевые сплавы. Это объясняется тем, что плотность этих материалов по сравнению с алюминиевыми сплавами почти в два раза меньше. И, несмотря на то, что они имеют достаточно низкие механические характеристики, применение этих материалов выгодно при рациональном конструировании аппарата.
Серьёзным недостатком магниевых сплавов является склонность их к коррозии и, более того, они легко возгораются и горят с образованием большого количества тепла, что затрудняет их тушение, требуя специальных средств. Несмотря на это, материал достаточно хорошо освоен в производстве и из него выполняют герметичные ёмкости методом аргонодуговой сварки. Для предотвращения коррозии и возгорания детали из магниевых сплавов подвергают химической обработки с последующим покрытием грунтом в несколько слоёв и окраской.
Для примера в таблице 4 приведены механические характеристики магниевого сплава.
Таблица 4 – Магниевые сплавы
Марка материала g, кг/см3 , ГПа , МПа
+20оС +100 оС
+200 оС
+300 оС
МА8 1,8
Как у алюминиевых сплавов, так и для магниевых сплавов характерно снижение прочности при нагревании. Это обстоятельство требует учёта при прочностных расчётах.
Кроме перечисленных материалов, в конструкции космических аппаратов находит применение различные титановые сплавы. В основном из них изготавливают силовые элементы. К ним относятся конструкция посадочных устройств межпланетных аппаратов, различные силовые кронштейны, иногда элементы крепежа и т.д. Такое применение обусловлено тем, что титановые сплавы обладают высокими механическими характеристиками и в то же время почти в 1,5 раза меньшей плотностью по сравнению со сталью. На поверхности деталей из титана образуется окисная плёнка, которая предотвращает проникновение коррозии дальше в глубину материала. По этому обычно проводят химическую обработку с целью создания защитной плёнки определённой толщины. Для особо нагруженных деталей применяют поковки. В процессе ковки структура материала выравнивается и материал упрочняется. Однако объём заготовки должен быть с минимальным припуском, чтобы обеспечить одинаковую структуру материала по всему сечению детали.
В таблице 5 приведены механические характеристики титанового сплава Вт-6.
Таблица 5 – Титан
Марка материала g, кг/см3 , ГПа , МПа
+20оС +100 оС
+200 оС
+300 оС
Вт-6 4,55
В конструкции космических аппаратов для размещения приборов в корпусе применяют приборные рамы, которые изготовляют методом литья из алюминиевых сплавов. Сплавы типа АЛ не пригодны для этой цели. Они имеют низкие механические характеристики и недостаточные литейные характеристики, что не позволяет получить детали, обладающие достаточной прочностью и массой. Эти недостатки в значительной мере компенсирует сплав с добавлением бериллия ВАЛ8. Этот сплав нашёл применение при изготовлении сложных по форме и достаточно прочных деталей космической техники.
Сплав ВАЛ8 обладает хорошими литейными свойствами и является одним из наиболее прочных сплавов, рекомендуемых для производства силовых и герметичных деталей с рабочими температурами до 250°С, получаемых методом точного литья в кокиль. Сплав ВАЛ8 хорошо обрабатывается резанием и сваривается аргоно-дуговой сваркой. Сварные соединения не склонны к коррозии под напряжением.
Сплав имеет достаточно хорошие механические характеристики = 400 МПа, = 340 МПа.
Кроме металлических материалов, в конструкции космических аппаратов находят применение композиционные материалы. Применение таких материалов требует иного подхода к разработке конструкции. Если при разработке конструкции из металла применяют материал с определёнными механическими характеристиками, то при разработке деталей из композиционных материалов одновременно разрабатывается и сам материал. Материал формируют из нитей, лент и тканого полотна. Все эти составляющие соединяют между собой специальными связующими, которые отверждают горячим или холодным способом. В качестве нитей применяют стекловолокно, углепластовое волокно, органическое волокно и нити из высокопрочных сталей или бороволкон. В качестве связующих применяют полиэфирные, эпоксидные, кремнийорганические и другие смолы. После отверждения материал имеет достаточно высокие механические свойства. Так, углепластик имеет плотность 1,5 кг/м³, предел прочности при растяжении 1,1 ГПа. Однако все композиты имеют ряд недостатков, которые сдерживают их широкое применение в промышленности. К ним необходимо отнести трудоёмкость производства и способность сохранять свои прочностные характеристики при нагреве до 100°С. Кроме того они на сегодня достаточно дороги в производстве.
Нагрузки, действующие на космический аппарат (ка)
Конструкция космического аппарата, как и любого другого инженерного сооружения, может быть представлена в виде системы несущих (силовых) и ненесущих (не силовых) элементов.
Несущими считаются те элементы, которые используются для восприятия силового воздействия со стороны окружающей среды и всякого рода грузов, размещаемых внутри корпуса КА (двигательных установок, различного оборудования, аппаратуры и коммерческого груза), а также для связи всех элементов конструкции в единую механическую систему (части, отсеки, блоки). Остальные элементы являются не силовыми. Обычно к последним относят и те элементы, которые (в рассматриваемом режиме нагружения КА) оказывают сравнительно небольшое влияние на несущую способность конструкции в целом.
Совокупность связанных между собой силовых элементов составляет несущую конструкцию. Упрощенная модель такой несущей конструкции описывается конструктивно-силовой схемой.
Вид последней зависит от компоновочной схемы КА и от характера внешнего воздействия со стороны окружающей среды. Принципы разработки конструктивно-силовой схемы всего аппарата и отдельных отсеков и агрегатов будут рассмотрены позже.
Определение вида внешних нагрузок, действующих на КА в период его эксплуатации, целесообразно проводить исходя из характера их распределения по частям и элементам конструкции, а также из характера их изменения по времени. Именно эти факторы оказывают существенное влияние на напряженно-деформированное состояние частей конструкции и на значения соответствующих внутренних усилий, определяющих силовое воздействие частей конструкции между собой.
По характеру распределения все нагрузки могут быть разделены на поверхностные и массовые (объемные). Поверхностные нагрузки распределяются по поверхности элементов конструкции и характеризуются давлением или значением равнодействующей силы. Массовые нагрузки распределяются по объему элементов конструкции и пропорциональны плотности их материала. Значения массовых нагрузок обычно характеризуются величинами коэффициентов перегрузок ( , , ). Последние определяются ускорениями элементов конструкции и ускорениями КА как твердого тела, обусловленным действием на него внешних неуравновешенных поверхностных сил.
Основным источником массовых (инерционных) нагрузок для отдельных элементов и даже частей конструкции является вибрация (общие или местные ускорения колебательного характера). Так как силовое воздействие со стороны окружающей среды на конструкцию представляет случайный процесс, то классификация внешних силовых факторов по характеру их изменения по времени является условной и во многом зависит от рассматриваемого интервала времени. В связи с этим все внешние поверхностные нагрузки подразделяются на квазистатические (статические относительно медленно изменяющихся по времени) и на динамические, вызывающие упругие вызывающие упругие колебания конструкции космического аппарата. проявляющийся в возбуждении упругих колебаний) зависит главным образом от динамических характеристик конструкции самого аппарата. Поэтому обычно в качестве критерия указанной классификации выбирается период (или частота) свободных упругих колебаний конструкции в целом или ее частей и элементов.
Если время изменения внешней поверхностной нагрузки велико по сравнению с рассматриваемым периодом свободных упругих колебаний (чаще всего низких тонов), то она относится к категории статических или квазистатических и наоборот.
За время существования КА подвергается самым разнообразным нагружениям, которые зависят от условий перемещения аппарата
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
