Особенности применения металлокомпозитных баков на борту КА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

Разработанный алгоритм контактного взаимодействия моделирует абсолютно упругий контакт, однако используемый дифференциальный подход определения нелинейной динамики тонкого криволинейного стержня [2; 6] позволяет ввести дополнительные силы, зависящие от скорости и направления, чтобы моделировать поглощение энергии при динамическом контактном воздействии.

Работа выполнена при поддержке интеграционного проекта Министерства образования и науки РФ № 7.822.2011.

Библиографические ссылки

1. Левин В. Е., Пустовой Н. В. Механика деформирования криволинейных стержней : монография. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2008. 208 с.

2. Красноруцкий Д. А., Левин В. Е., Пустовой Н. В. Нелинейные колебания упругих стержней // Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте : сб. науч. тр. по материалам Между-нар. науч.-практ. конф. Т. 8. Физика и математика, Химия. Одесса: Черноморье, 2011. С. 50-55.

3. Кожевников А. Н., Красноруцкий Д. А., Левин В. Е. Модель плоского контактного взаимодействия витков тонкого упругого стержня // Наука. Промышленность. Оборона : тр. 14 Всерос. науч.-техн. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения А. И. Покрыш-кина (24-26 апр. 2013 г.). Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2013. С. 248-253.

4. Heijden G. H. M. van der, Neukirch S., Goss V. G. A., Thompson J. M. T. Instability and self-contact phenomena in the writhing of clamped rods // International Journal of Mechanical Sciences 45. 2003. С. 161-196.

5. Coleman B. D., Swigon D. Theory of supercoiled elastic rings with self-contact and its application to DNA plasmids // Journal of Elasticity. 2000. 60. Р. 173-221.

6. Пустовой Н. В., Левин В. Е., Красноруцкий Д. А. Методика вычисления параметров больших поворотов

поперечных сечений гибкого стержня при расчетах в рамках его дифференциальной модели. Ч. 1 // Науч. вестн. Новосиб. гос. техн. ун-та. 2013. № 2 (51). С. 155-164.

References

1. Levin V. E., Pustovoy N. V. Mehanika deformiro-vanija krivolinejnyh sterzhnej : monografija. Novosibirsk: Izd-vo NGTU, 2008. 208 s.

2. Krasnorutskiy D. A., Levin V. E., Pustovoy N. V. Nelinejnye kolebanija uprugih sterzhnej. Sbornik nauchnyh trudov po materialam mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Perspektivnye innovacii v nauke, obrazovanii, proizvodstve i transporter. Tom 8. Fizika i matematika, Himija. Odessa : Chernomor'e, 2011. s. 50-55.

3. Kozhevnikov A. N., Krasnorutskiy D. A., Levin V. E. Model' ploskogo kontaktnogo vzaimodejstvija vitkov tonkogo uprugogo sterzhnja // Nauka. Promyshlennost'. Oborona : Trudy 14 Vserossijskoj nauchno-tehnicheskoj konferencii, posvjashhennoj 100-letiju so dnja rozhdenija A. I. Pokryshkina (24-26 apr. 2013 g.). Novosibirsk : Izd-vo NGTU, 2013. S. 248-253.

4. Heijden G. H. M. van der, Neukirch S., Goss V. G. A., Thompson J. M. T. Instability and self-contact phenomena in the writhing of clamped rods // International Journal of Mechanical Sciences. 45. 2003. Р. 161-196.

5. Coleman B. D., Swigon D. Theory of supercoiled elastic rings with self-contact and its application to DNA plasmids // Journal of Elasticity 2000; 60. Р. 173-221.

6. Pustovoy N. V., Levin V. E., Krasnorutskiy D. A. Metodika vychislenija parametrov bol'shih povorotov poperechnyh sechenij gibkogo sterzhnja pri raschetah v ramkah ego differencial'noj modeli. Chast' 1 / // Nauchnyj vestnik Novosibirskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. 2013. № 2 (51). S. 155-164.

© Кожевников А. Н., Красноруцкий Д. А., Левин В. Е., 2013

УДК 629.78.064.55

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАЛЛОКОМПОЗИТНЫХ БАКОВ НА БОРТУ КА

И. А. Кравченко, А. В. Михеев, Л. М. Бородин

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

Рассматриваются основные проблемы, возникающие при изготовлении и использовании композитных баков высокого давления на борту КА.

Ключевые слова: космический аппарат, композитные баки высокого давления.

Решетневскуе чтения. 2013

APPLICATION FEATURES OF METAL COMPOSITE TANKS ON BOARD OF SC

I. A. Kravchenko, A. V. Mikheev, L. M. Borodin

JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia

The main issues arising in the manufacture and use of composite overwrapped pressure vessels on the board of the spacecraft (SC)are discussed.

Keywords: spacecraft, Composite Overwrapped Pressure Vessel.

На протяжении долгих лет лидирующую позицию в производстве космических аппаратов занимает так называемая «борьба за вес». Решение этой проблемы включает в себя много технологий и конструкторских решений, в том числе использование композитных баков высокого давления (КБВД, в англоязычной литературе Composite Overwrapped Pressure Vessel) в КА, главное преимущество которых над аналогичного размера металлическими сосудами высокого давления заключается в весе.

КБВД - это сосуд, состоящий из тонкого металлического лейнера, обмотанного силовой композиционной оболочкой, способной держать давление жидкости или газа. Лейнер обеспечивает барьер между жидкостью (газом) и композиционной оболочкой, предотвращая течь и химическую деградацию конструкции.

Выбор формы бака определяется конструктивными особенностями КА, условиями эксплуатации, возможностями технологии намотки композитной оболочки и другими факторами.

- трещинообразования и разрушение нитей композитной оболочки;

- накопление необратимых пластических деформаций в лейнере;

- дефекты и повреждения технологического характера.

Характер и степень реализации указанных повреждающих факторов в основном определяются климатическими температурными воздействиями, вибрационными и рабочими нагрузками.

Проведенные испытания и анализ напряженно -деформированного состояния КБВД показали, что определяющим условием работоспособности является условие обеспечения прочности. С учетом этого вероятность безотказной работы следует определять по показателям прочности. В качестве таких показателей в данном случае можно рассматривать внутреннее давление и предельное давление, при котором наступает отказ (нарушение герметичности или разрушение) КБВД.

С учетом этого вероятность безотказной работы можно представить на основе известной модели «нагрузка-прочность» как [1]:

P = Ф--

Ц f -Цр

4

'/ «р

Бак хранения ксенона ОАО «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнева

Основными силовыми воздействиями на КБВД в процессе изготовления, транспортировки и эксплуатации являются:

- внутреннее давление;

- вибрационные воздействия;

- климатические температурные воздействия.

Дополнительными являются воздействия космического пространства, включающие следующие процессы:

- воздействие ионизирующих излучений, тяжелых заряженных частиц;

- тепловое излучение Солнца;

- воздействие метеорных частиц.

С учетом этого и конструктивно-технологического исполнения КБВД (см. рисунок) можно выделить следующие повреждающие факторы, влияющие на ресурс:

- деградация свойств связующего композитной оболочки;

где P - вероятность безотказной работы; ц и цр -средние значения внутреннего и предельного давления; sf и sp - средние квадратические отклонения; Ф -нормированная функция вероятностей.

В настоящее время за рубежом накоплен значительный опыт проектирования и изготовления, отраженный в целом ряде стандартов. Имеется и отечественный опыт применения КБВД малых размеров. Опыт проектирования, изготовления и эксплуатации КБВД больших размеров практически отсутствует. Нет и соответствующих нормативных документов. С этих позиций рассматриваемый КБВД является перспективной разработкой.

Библиографическая ссылка

1. Надежность технических систем : справочник / под ред. И. А. Ушакова. М. : Радио и связь, 1985.

Reference

1. Nadezhnost' tehnicheskih sistem: Spravochnik / pod red. I. A. Ushakova. M. : Radio i svjaz', 1985.

© Кравченко И. А., Михеев А. В., Бородин Л. М., 2013