REPÜLÉSI ÉS ŰRÉPÍTÉSEK
Vizsgálja a repülőgépek és űrjárművek főbb (teherhordó) szerkezeti elemeit, a korszerű anyagokat és a repüléstechnika fontosabb tervezési jellemzőit.
A REPÜLŐGÉPEK TERVEZÉSÉNEK FŐBB JELLEMZŐI
Aerodinamikai jellemzők. A repülőgép szerkezeti elemeinek nagy szilárdságúaknak kell lenniük, mivel nagy terhelésnek vannak kitéve repülés, leszállás és a repülőgép földön való mozgása során. Míg a helyhez kötött földi szerkezetek, például épületek vagy hidak alakját szilárdsági és takarékossági okokból a tervező határozhatja meg, a repülőgép kialakításának ezen túlmenően számos szigorú további követelménynek kell megfelelnie, különösen az aerodinamikai követelményeknek. Például egy szárnynak el kell viselnie a hajlító és csavaró erőket és nyomatékokat, amelyek a légáramlás szárnyfelületére ható instabil erőhatásából adódnak. Az ilyen terheléseket a mereven beágyazott gerenda tudja a leghatékonyabban elviselni, azonban aerodinamikai szempontból nem megfelelő az olyan kialakítás, amely szerint a szárnykeresztmetszeteknek vékony, jól áramvonalas profilúnak kell lenniük. Ez a példa a repülőgép-szerkezetek egy fontos jellemzőjét szemlélteti, amelyek tervezésénél a szilárdsági követelmények teljesítése mellett a magas aerodinamikai jellemzők biztosítása is szükséges.
Súly jellemzői. Az űrrepülőgép-szerkezetek második jellemző vonása az a vágy, hogy tömegüket a lehető legalacsonyabbra csökkentsék. Ellenkező esetben a repülőgép vagy rakéta nem tudja felszállni vagy felvenni a szükséges rakományt. Emiatt az űrrepülőgép-szerkezetek tervezése és számítása olyan pontossággal történik, hogy csak a szilárdsághoz feltétlenül szükséges súly megengedett. Ez a könnyű konstrukció csak vékony és hosszúkás anyag használatával érhető el szerkezeti elemek nagy szilárdságú anyagokból készült.
Tervezési szempontok.Így a repülőgép-szerkezeteket a földi mérnöki szerkezetektől megkülönböztető két fő jellemző az aerodinamikai terhelések szerkezeti formájára gyakorolt ​​hatása, valamint a rendkívül könnyű, hosszúkás és vékony falú, nagy szilárdságú anyagokból készült elemek alkalmazása. A repülés fejlesztésének különböző szakaszaiban különféle tervezési megoldásokat javasoltak a repülőgépek számára. Nyilvánvaló kapcsolat van az optimális repülőgép-tervezés és a sebesség között. Érdekes megjegyezni, hogy a repülésfejlesztés korai szakaszában hozott tervezési döntések egy része elfogadhatónak bizonyult az azonos sebességtartományban repülő modern repülőgépek számára. Így az acélcsövekből készült hegesztett törzs az első világháború idején olyan újdonságnak számított, amely lehetővé tette a vadászrepülőgépek tulajdonságainak javítását és repülési sebességének 160 km / h-ra növelését. Az ilyen tervek teljesen alkalmatlanná váltak a második világháborús vadászgépek számára, amelyek körülbelül 640 km / h sebességgel repültek. Ezzel szemben a jóval később megjelent sportrepülőgépek és személyes használatra szánt repülőgépek ritkán érik el a 160 km/h feletti sebességet, és a hegesztett fémcsöveket sikeresen alkalmazzák törzsterveikben.
REPÜLÉS AZ I. VILÁGHÁBORÚ ELŐTT
A repülés korai évtizedeiben a tervezők különféle opciókkal és elrendezésekkel kísérletezve igyekeztek optimalizálni a repülőgép-terveket. Kiderült, hogy az 1930-as években a találmányi pályázatokban javasolt tervezési sémák közül sok saját prototípussal rendelkezik, amelyeket már a század elején javasoltak, de elutasítottak, és végül feledésbe merültek. Az első világháború előtt épített összes repülőgép egyik lényeges jellemzője, hogy rendkívül vékony szárnyakat használtak. Akkoriban úgy tartották, hogy a szükséges emelőképességet csak nagyon vékony, lapos vagy enyhén ívelt aerodinamikai felületeken lehet elérni. Az ilyen vékony szárny, mint egy vékony lemez, kis terhelés alatt is meghajlik. A szükséges merevség és szilárdság biztosítása érdekében a szárnyat külső merevítőkkel erősítették meg.
Merevítős monoplán. A repülésfejlesztés korai szakaszában két repülőgép-elrendezést alkalmaztak sikeresen - egy merevítő egysíkú (1. ábra, a) és egy kétfedelű (2. ábra). A monoplánok példái az Alberto Santos-Dumont és Louis Blériot által tervezett repülőgépek. A kétfedelű repülőgépeket a Wright fivérek tervezték. Az erők és nyomatékok egyensúlyának egyszerű elemzése megmutatja, hogy a külső merevítők és merevítők hogyan adják erőt a szerkezethez. ábrán. Az 1., b ábrán látható, hogy a repülőgép G tömegét a szárny körüli légáramlásból eredő Y emelőerő egyensúlyozza ki. Az emelőerőt a súlyponttól d távolságra fejtik ki, és Yd nyomatékot hoz létre. Ezt a nyomatékot ki kell egyensúlyozni a reakcióerők nyomatékával, mivel a szárnymerevítő rendszer egyensúlyban van, amint az ábra mutatja. 1, b. Az emelőerő hatására az alsó merevítő megfeszül, a felső pedig meglazul. Következésképpen repülés közben a felső merevítő semmilyen erőt nem ad át a törzsre, és reakcióerők csak a szárny és az alsó merevítő találkozásánál jelentkeznek. Ezek a H erők az ábrán. 1, b. Értékük az egyensúlyi feltételből számítható ki a pillanatokra:

Ebből az egyszerű algebrai egyenletből megtaláljuk a H vízszintes reakcióerő értékét:

A (2) képlet azt mutatja, hogy a vízszintes reakcióerő annál kisebb, minél nagyobb a h távolság a szárny és az alsó merevítőnek a törzshöz való rögzítésének helye között. Amikor egy repülőgép leszáll vagy egy kifutón mozog, a szárny emelése kicsi, mert arányos a sebesség négyzetével. Ilyen körülmények között a szárny súlyának egy részét a felső merevítőnek kell tartania, míg az alsó merevítő tehermentes. Emiatt a felső merevítőt "leszállásnak" vagy vissza, az alsót "repülésnek" vagy hordozónak nevezik. A vékony szárny nem képes ellenállni a nagy terhelésnek. Ezért növelni kell a h távolságot, azaz. rögzítse a tartómerevítőt az alváz közelében, és a felső merevítőt a pilonhoz, amely erre a célra a törzs fölé kerül.

Merevezős kétfedelű. A merevítők rögzítésekor a függőleges távolságok növelésére kétsíkú kialakítást javasoltak (2. ábra). A kétsík felső és alsó szárnya közötti távolság megfelel az egysíkú kialakítás kapcsán fentebb tárgyalt h távolságnak, míg d a támaszték és a törzs távolsága. Az (1) és (2) egyenletek kétsíkra vonatkoznak, ami lehetővé teszi a h magasság növelését egy egysíkhoz képest.

Repülési anyagok. Az első repülőgépek többnyire tartós fákat, például lucfenyőt és bambuszt használtak. Úgy gondolták, hogy a nehéz anyagok, például a fémek alkalmatlanok repülőgép-szerkezetek gyártására. Az acélt használták a fogszabályozókhoz. A fa kétségtelenül kiváló szerkezeti anyag, amely alacsony önsúllyal sikeresen ellenáll a hajlítási terheléseknek. Ebben az esetben a szárny és a törzs külső kontúrjait a vászon favázra húzásával kaptuk meg.
A húzási probléma. A merevítő szerkezetek fő hátránya a nagy elülső ellenállás (a készülék levegőben történő transzlációs mozgásának ellenállási ereje), amely számos segédszerkezeti elem, például merevítők, távtartók, futómű kerekek, tengelyek és a futómű lengéscsillapítói, amelyek ki vannak téve a légáramlásnak. Egy ilyen repülőgép viszonylag alacsony végsebességet tudott kifejleszteni (1910-ben a repülési sebesség világrekordja csak 106 km / h volt).
KERETSZERKEZETEK
A repülőgép sebességének növelése érdekében radikálisan meg kellett változtatni a kialakítását - át kellett váltani a vázszerkezetekre. A vázrepülőgép alapja a törzse, amely körülveszi a pilótafülkét, az utasteret és a rakteret. A nagy terhek is átkerülnek a törzsbe, amelyek gyors manővernél a repülőgép farok egységére hatnak. ábrán látható vázszerkezet erőkészlete. 3, a, kis súlyú, ugyanakkor jelentős terhelésnek is képes ellenállni.

Hegesztett acélcső törzsek. Néhány korai repülőgép törzse lucfenyőből vagy bambuszrúdból készült, amelyet acélhuzal tartott össze. Az ilyen szerkezetek azonban nem voltak elég erősek; jelentős előrelépést jelentett az első világháborúban A. Fokker által javasolt acélcsövekből készült törzs hegesztett szerkezete. A Fokker 0,12% alatti széntartalmú repülőgép-szerkezetekhez lágyacélt használt, mivel az ebből készült elemek könnyen összehegeszthetők. Kezdetben az ilyen típusú törzset megbízhatatlannak tartották, de fokozatosan széles körben elterjedt, és a nagy szilárdságú króm-molibdén csövek megjelenésével jelentősen csökkenteni lehetett a törzs tömegét.
Törzsek levehető elemcsatlakozásokkal. Egészen eltérő repülőgép-konstrukciókat fejlesztettek ki Angliában, ahol a hegesztést megbízhatatlan csatlakozási módszernek tartották, és a váz egyes elemeit mechanikus, gyakran nagyon ügyes csatlakozókkal kötötték össze. A hegesztés megtagadása széles lehetőségeket nyitott meg a britek számára olyan alumíniumötvözetek és erősen ötvözött acélok használatában, amelyek nem alkalmasak hegesztésre. Ezek a nagy szilárdságú anyagok csökkentették a repülőgép szerkezetének súlyát az illesztések hozzáadott súlya ellenére. A levehető elemcsatlakozású törzs fő hátránya a magas gyártási költség volt, még akkor is, ha a repülőgépeket nagy sorozatban gyártották. A hegesztett törzsek gyártása acélcsövekből jóval olcsóbb volt.
Burkolat. Az utasok kényelmes környezetének megteremtése érdekében a keretet burkolattal kell lefedni. Sőt, a század elején azt találták, hogy a sebesség növeléséhez és a légellenállás csökkentéséhez szükséges, hogy a repülőgép külső felülete sima legyen. A legegyszerűbb burkolat a vászon volt, amelyet egy gerendavázra feszítettek, majd festékkel vagy lakkal borítottak. Az így kapott formának azonban nem voltak sima kontúrjai: a keret külső elemei kilógtak a bőr alól. Nyilvánvalóan ilyen kínos formákkal lehetetlen volt sima áramlást elérni minimális ellenállással. Ennek a hátránynak a kiküszöbölésére a nagysebességű repülőgépek tervezői ovális keretekből készült, gerendákhoz (spars) és hosszanti feszítőkhöz rögzített törzstörzset kezdtek használni, amint az ábra mutatja. 3, b. Ezek a keretek és hevederek adták a téglalap alakú keretnek jól áramvonalas formát. A vászonburkolat alól azonban továbbra is kilógtak a kiemelkedések, ezek kiküszöbölésére a tervezők vékony rétegelt lemez burkolatot kezdtek alkalmazni.
Kétsíkú szárnyak. A drótvázas repülőgépek tipikus kialakítása a kétfedelű volt, amelyet az első világháború alatt szinte általánosan használtak. Az 1930-as évek közepéig őt preferálták. A vadászpilóták negatívan viszonyultak a monoplánokhoz, és fő érvük az volt, hogy a kétfedelű repülőgép manőverezhetőbb. A kétfedelű repülőgép ugyanis a szárnyainak kis fesztávolsága miatt jó manőverező képességgel rendelkezik, aminek következtében a repülőgép súlya a törzs közelében összpontosul. A repülésmérnökök ezt a tulajdonságot másképp fogalmazzák meg, mondván, hogy a kétfedelű repülőgépnek kicsi a tehetetlenségi nyomatéka. A fából készült kétsíkú szárny hagyományos kialakítása az ábrán látható. 4. Két fő teherhordó elemet tartalmaz - szárnyléceket. A szárny külső kontúrját bordáknak nevezett elemek és a rájuk feszített vászonburkolatok segítségével alakítják ki. Ez a repülőgép-konstrukció változatlan maradt egészen az 1920-as évekig, amikor az Egyesült Királyság repülőgépipara áttért a teljesen fém kivitelre. Mostantól kezdték el a léceket erősen ötvözött acélszalagokból, a bordákat pedig acél- vagy alumíniumlemezekből a kívánt profilok bélyegzésével készíteni. A léceket és a bordákat áttört keretes szerkezetté állítottuk össze.

Monoplán magas szárnnyal. A magas szárnyú monoplánok az 1930-as években jelentek meg, és gyorsan népszerűvé váltak kétüléses személyi repülőgépként és edzőrepülőgépként, hogy felváltsák a kétfedelű tervezést. A második világháború után is sok ilyen típusú repülőgép volt merevítővel. Ez a monoplán jelentősen különbözött elődjétől. Sokkal vastagabb szárnya a törzs felett helyezkedik el, és merevítők helyett merevítőket használ. Az oszlopok nagy nyomó- és feszítőerőt képesek felvenni, és egy rugóstag helyettesít egy pár merevítőt. Egy ilyen repülőgép nem tartalmazza a merevítő monoplán számos szerkezeti elemét, és lényegesen kisebb a légellenállása (5. ábra).

Konzolos monoplán. A kétfedelű repülőgéphez képest fontos előrelépés volt a konzolos egysíkú séma, amely az 1920-as években széles körben elterjedt a Fokker repülőgépekben. ábrán. A 6. ábra egy Fokker vysokoplane sematikus diagramját mutatja, amelyen számos repülési távolság rekordot állítottak fel. Ezzel a sémával kapcsolatban térjünk vissza az (1) egyenlethez, amely a pillanatok egyenlőségét fejezi ki. A H erők most az oldalsó karimákra ható húzó- vagy nyomóerők, h pedig a karimák közötti távolság. A karima terhelése a karimák közötti távolság növelésével csökkenthető, amihez a szárnyszakasz vastagságának növelése szükséges. A 20%-os relatív vastagságú Fokker szárny kialakítása (a maximális szárnyvastagság aránya a szárny húrjához) jó aerodinamikai tulajdonságokkal rendelkezik.

A Fokker konzolos szárnya fából készült lécekkel és bordákkal, valamint rétegelt lemez burkolattal rendelkezett. Nagyon erős és merev, mégis valamivel nehezebb volt, mint a többi hasonló szerkezet. Számos országban, például Angliában, Olaszországban és a Szovjetunióban fém konzolos szárnyakat készítettek acél és alumínium szárokkal és bordákkal, valamint vászon burkolattal. A jövőben a fémbőr használata lehetővé tette a szárny szilárdságának jelentős növelését. Az ilyen szárnyat általában működő bőrszárnynak nevezik. A gyártási és összeszerelési módszerek, valamint az ilyen szerkezetek számítása jelentősen eltér a vázszerkezet szárnyánál alkalmazott módszerektől.
MONOKOK ÉPÍTÉS
Monokkó elv. A repülőgépek repülési sebességének növekedésével egyre fontosabbá vált a frontális ellenállás csökkentésének problémája. Ebben az esetben természetes lépés volt, hogy a vászonszárny héját vékony alumíniumötvözet lemezekből készült fémburkolatra cserélték. A fém burkolat lehetővé tette a bordák közötti elhajlás megszüntetését, és ezáltal az aerodinamika által javasolt formák pontosabb reprodukálását elméleti számítások és szélcsatornákban végzett kísérleti vizsgálatok alapján. Ezzel párhuzamosan a törzs kialakítása is megváltozott. A könnyű keretekből és hevederekből összeállított héjszerkezet belsejében négyszögletes teherhordó keretet helyeztek el; ez a kialakítás jobban megfelelt a törzs formájára vonatkozó aerodinamikai követelményeknek. Az egymotoros repülőgépeken a törzs elejét is fémlemezzel vonták be, hogy csökkentsék a tűzveszélyt. Amikor a felület simaságának javítására volt szükség, a vászonhéjat rétegelt lemezre vagy fémre cserélték a törzs teljes hosszában, de ez a bőr túlságosan drága és nehéz lett. Túl pazarló volt növelni a szerkezet súlyát, és nem használni a megnövekedett szilárdsági tulajdonságait az aerodinamikai terhelések érzékelésére. A következő lépés nyilvánvaló volt. Mivel a törzs külső héja elég erős lett, lehetővé vált a belső keret eltávolítása. Ez a monocoque kialakítás elve. A monocoque egy darabból álló héj, amelynek formája megfelel az aerodinamikai követelményeknek, ugyanakkor kellően erős ahhoz, hogy elnyelje és továbbítsa a repülőgép repüléséből, leszállásából és földön való mozgásából adódó feszültségeket. A "monocoque" kifejezés görög és francia szavakból áll, és szó szerint "egész héj"-nak fordítják. Ezt a kifejezést olyan szárnyakra és törzsekre alkalmazzák, amelyekben a bőr a fő teherviselő elem. A monocoque kialakítás második fontos előnyét az ábra szemlélteti. 7. A vázszerkezet két személy elhelyezésére szolgáló szakasza téglalap alakú, amelyet folytonos vonallal jelölünk. A vászonburkolatú törzs külső héja szaggatott vonallal látható. A két személy befogadására alkalmas monocoque törzs külső körvonalát szaggatott vonal jelzi. Egy planiméter segítségével könnyen megállapítható, hogy egy monocoque szerkezet keresztmetszete 33%-kal kisebb, mint egy jól áramvonalas vázú törzsé. Ha minden más tényező egyenlő, a törzs ellenállása arányos a keresztmetszeti területével. Ebből következően a monocoque szerkezet első közelítésként csak a vázszerkezethez képest kisebb keresztmetszeti terület miatt 33%-os ellenálláscsökkenést tesz lehetővé. Ezen túlmenően a jobb áramlás és a felületi simaság miatt nő az emelés. A vázszerkezeteket azonban alacsonyabb gyártási költségük és viszonylag kisebb tömegük miatt a második világháború után is alkalmazták kis sebességű repülőgépekhez. A monocoque kialakításokat 320 km/h feletti sebességgel repülő repülőgépeken használták.

Vékony falú monocoque. A szállítórepülőgépek tipikus vékony falú monocoque-ja általában vékony alumíniumötvözet lemezekből készül, amelyeket úgy alakítanak ki, hogy megfeleljenek az aerodinamikai követelményeknek. Ezt a héjat keresztirányú teherhordó elemekkel - keretekkel és hosszanti teherhordó elemekkel - lécekkel vagy hengerekkel erősítik meg. (Ezek a kifejezések a törzsszerkezetre vonatkoznak. A szárnyszerkezetben a hosszanti szilárdsági tagok húrok, a keresztirányúak pedig bordák.) A 8. ábra egy tipikus monocoque törzs felépítését mutatja be. (Ezt a kialakítást manapság általában "fél-monokkó"-nak vagy "megerősített monocoque-nak" nevezik, míg a "tiszta monocoque" vagy egyszerűen csak "monocoque" kifejezést azokra a külső héjakra használják, amelyeknek kevés vagy egyáltalán nincs megerősítése.)

A törzs nagy mérete és a viszonylag alacsony aerodinamikai terhelés miatt a monocoque héj nagyon vékony (általában 0,5-1,5 mm). Az ilyen vékony héj megtartja alakját, ha húzóerők hatnak rá, de nyomó- vagy nyíróerők hatására meghajlik. ábrán. A 9. ábra a nyomóerők hatását mutatja egy négyszögletes fémlemezre. Ilyen összenyomó erőket például fémpanelek tapasztalnak, amelyek szélein a törzs tetején hevederek határolnak, amikor a repülőgép farára ható aerodinamikai erők felfelé irányulnak.

A merev test mechanika törvényei szerint az alábbi képlettel számítható ki az a kritikus feszültség (azaz egységnyi területre jutó terhelés), amelynél a lapos lemez deformálódni kezd.

ahol fcr a lemez kihajlást okozó kritikus feszültsége, E az anyag rugalmassági modulusa, t a vastagsága, b pedig a lemez szélessége a támasztékok között (valódi kivitelben ez a hengerek közötti távolság ). Például, ha egy 0,5 mm vastag és 150 mm széles panel alumíniumötvözetből készül, akkor a rugalmassági modulusa körülbelül 70 000 MPa. Ha ezeket az értékeket behelyettesítjük a (3) képletbe, azt kapjuk, hogy a kritikus feszültség értéke, amelynél a bőr kihajlása bekövetkezik, 2,8 MPa. Ez lényegesen kevesebb, mint az anyag folyáshatára (280 MPa) és végszilárdsága (440 MPa). A monocoque anyag felhasználása eredménytelen lesz, ha a vetemedés miatt a lemez már nem bírja a terhelést. Szerencsére ez nem így van. Az Egyesült Államok Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézetének tesztjei kimutatták, hogy a panel szélére ható terhelések jelentősen meghaladhatják a kihajlás kezdetének megfelelő kritikus terhelést, mivel a panelre ható terhelést szinte teljes egészében a panel csíkjai veszik fel. anyag a széleken. E csíkok teljes szélességét T. von Karman nevezte el a lemez "effektív szélességének". Elmélete szerint a panel tönkremenetelének pillanatában a befogott élek közelében fellépő anyagáramlás következtében fellépő végső terhelés a következő képlettel számítható ki.

Itt P a panelre ható teljes terhelés a meghibásodás pillanatában, t a panel vastagsága, E a rugalmassági modulus, és fcur az anyag folyási feszültsége (az a feszültség, amelynél a deformáció minden további nélkül növekedni kezd a terhelés növelése). A (3) és (4) képlet szerinti számítások azt mutatják, hogy a kihajlást okozó kritikus terhelés körülbelül egy nagyságrenddel kisebb, mint a törést okozó végső terhelés. Ezt a következtetést a repülőgép tervezésénél figyelembe kell venni. A vékony lemezek lehajláskritikus állapotban való alkalmazása a vékonyfalú monocoque szerkezetek egyik fő megkülönböztető jellemzője. A szállítórepülőgépek, bombázók és vadászrepülőgépek fejlődése a második világháború alatt lehetetlen lett volna annak a ténynek a megértése nélkül, hogy egy vékony lemez megvetemítése nem okozza annak törését. A műszaki mechanika konzervatívabb területein, mint például a hidak és épületek tervezése, a panelek vetemedése nem megengedett. Másrészt több ezer repülőgép repül, és a szerkezetükben lévő fémlemezek egy része a repülési idő nagy részében vetemedés körülményei között működik. A repülés közben vetemedést tapasztaló, helyesen megtervezett panelek teljesen simává válnak, amint a repülőgép leszáll, és megszűnnek a szerkezetre repülés közben ható aerodinamikai terhelések.
Vékony falú gerenda. A kihajlás egy másik típusa a vékonyfalú gerendához kapcsolódik, amely a repülőgép-szerkezetek fontos eleme. A vékonyfalú gerenda koncepcióját az ábra mutatja be. 10. Amikor a W erő a vékonyfalú gerenda szabad végére hat, a felső karimája húzóerőnek, az alsó pedig nyomóerőknek van kitéve. A karimákra ható erők nagysága a statikus egyensúlyi állapotból számítható ki. A W-erő által keltett nyíróerő a gerenda vékony szövedékén továbbítódik. Egy ilyen vékony lemez elveszti stabilitását, és meglehetősen alacsony terhelés mellett vetemedni kezd. Átlós redők alakulnak ki rajta, i.e. vetemedésének konfigurációja jelentősen eltér azoktól a félgömb alakú kidudorodásoktól, amelyek akkor jelennek meg, amikor a lemez felülete összenyomódása miatt megvetemedik.

G. Wagner gyakorlati módszert dolgozott ki vékonyfalú gerendák feszültségeinek kiszámítására a falakon redők kialakulásának körülményei között, és kísérletileg bebizonyította, hogy lehetséges olyan vékony falú gerenda tervezése, amely nem esik össze repülési terhelés hatására, 100-szor nagyobbak, mint azok a terhelések, amelyeknél a vékony fal kihajlása kezdődik. Az alakváltozások rugalmasak maradnak, és a ráncok teljesen eltűnnek a terhelés eltávolításával. ábrán látható terhelés hatására a teljes szerkezet elhajlása miatt. A 10. ábra szerint a gerenda felső karimája meg van feszítve, az alsó pedig össze van nyomva. A ráncok megjelenésekor a vékony fal nagyszámú átlós merevítőkészletként működik, amelyek nyíróerőt vesznek fel, mint az egysíkú merevítőszárny külső merevítői (1. ábra). A tartóoszlopok célja a gerenda karimák közötti távolság megtartása. Az 1930-as években a vékonyfalú gerenda koncepciója széles körben elterjedt a repülőgépiparban a vékonyfalú egycsapok tervezésénél, különösen a nyírófalú szárnyléceknél. Szerkezeti elemek elrendezése vékonyfalú monocoque-ban. Az ideális vékony falú monocoque törzs vékony lemezekből áll, amelyeket nagyszámú, többé-kevésbé egyenletesen elhelyezett szalag és keret támaszt alá, amint az az ábrán látható. 8. Magában a törzsben azonban kivágásokat kell készíteni, hogy az utasszállító repülőgépeken lőrések és ajtók, katonai repülőgépeken pedig lövegtornyok és bombanyílások legyenek. Nagy nyílások esetén, mint például a teljesen felszerelt lánctalpas járművek szállítására tervezett nehéz repülőgépeken, vagy a törzs belsejében nagy torpedókat szállító torpedóbombázókon, a bevágások körüli feszültségkoncentráció komoly problémát jelent. Ezeknek a kivágásoknak a szélei gyakran erős oldalelemekkel vannak megerősítve. Egyes repülőgépeken a törzsben olyan nagy számú kivágást kell biztosítani, hogy a tervező inkább a négy fő támaszték csapágytulajdonságait használja fel, és csak segéderőelemként használja a rövid húrokat, mivel a vágott erőelem nem alkalmas. a terhelés átviteléről. Tekintettel arra, hogy a terhelések főként a négy fő szerkezeti elemre hatnak, ez a törzstípus tulajdonképpen a vázszerkezet és a megerősített monocoque közötti köztes. Részben megerősített monocoque-nak tekinthető. Az ilyen egykakasokat gyakrabban használják szárnyakhoz, mint törzsekhez, mivel a repülőgép szárnyain el kell helyezni behúzható futómű elemeket, üzemanyagtartályokat, hajtóműveket, visszahúzható szárnyakat, csűrőket, géppuskákat, ágyúkat és számos másodlagos alkatrészt. A megerősített monocoque szerkezet épségének veszélyeztetésével kapcsolatos legsúlyosabb problémák a futómű és az üzemanyagtartályok elhelyezésével kapcsolatosak, mivel ezek az egységek a szárny gyökeréhez közel helyezkednek el, ahol a szerkezetnek a legtartósabbnak kell lennie. Ezenkívül sok elrendezés nem teszi lehetővé a szárny áthaladását a törzsön, mivel ez a hely szükséges a személyzet, az utasok vagy a motorok elhelyezéséhez. Ezért a szárny kialakításánál két erős szárat alkalmaznak, ahogyan ez egy magas szárnyú monoplán esetében történik. A két oldalsó elem közötti tér a fent említett egységek és szerelvények elhelyezésére használható. A szárny rés nélküli szakaszaiban a bőrt húrokkal erősítik meg, amelyek tovább növelik a szárny szilárdságát. Azonban a két fő szár viseli a terhelés nagy részét. A külső szárnykonzolok tisztán egyszínű kialakításúak (11. ábra). A terheléseket a héj és a konzol hosszirányú teherhordó elemei veszik fel. A függőleges fal és a gerenda között az a különbség, hogy a falnál a dokkoló elem ugyanolyan alakú, mint a többi heveder, míg a gerenda masszívabb karimákkal van rögzítve.

Vastag falú monocoque tervezési koncepció. A második világháború idején a kísérleti repülőgépek sebessége közelíteni kezdett a hangsebességhez, a vékonyfalú monocoque szerkezetek pedig már nem feleltek meg a megnövekedett követelményeknek. A repülési sebességek növekedéséhez hozzájárult az egyik tényező az ún. nagyon alacsony ellenállású lamináris szárnyprofilok. A lamináris szárnyak előnyei azonban csak akkor realizálhatók, ha szigorúan betartják a szárnyfelület kívánt formáját, és a felület simaságának legkisebb zavarai (kiálló szegecsek vagy bemélyedések vakszegecseknél) a lamináris profil összes előnyét semmissé teszik. . Emiatt a vékony falú, megerősített monocoque kialakítások alkalmatlannak bizonyultak a nagy sebességű repülőgépek lamináris áramlású szárnyaihoz. Egy másik tényező, amely megköveteli a nagysebességű repülőgépek szárnyának és törzsének pontos betartását, a transzonikus áramlás instabilitása. A transzonikus áramlásokban az áramvonalas felület alakjának nagyon kis változásai az áramlási minta teljes megváltozását és lökéshullámok megjelenését okozhatják, amelyek a húzóerő meredek növekedéséhez vezetnek. Mivel nagyon nehéz pontosan megtartani a vékony lemezekből készült felület kívánt formáját, szükség volt a repülőgép-szerkezetek héjának vastagságának növelésére. A héjvastagság növelésének másik oka a repülőgép szárnyszerkezetének nem megfelelő belmagassága (h távolság a 6. ábrán). A nagy repülési sebességre tervezett szárnyprofiloknak nagyon vékonyaknak kell lenniük (a szuperszonikus repülőgépek és rakéták maximális relatív szárnyvastagsága általában kevesebb, mint a húr 10%-a). Az ilyen szárny alsó és felső felületére ható terhelések nagyon nagyok, és csak a vastag bőr bírja el őket.
Szendvics koncepció. Az első vastag falú szerkezet, amely a szendvics koncepciót alkalmazta, a Havilland Mosquito vadászgép bőre volt. Ennél a kialakításnál a két vékony, erős héj (csapágyréteg) közötti teret sokkal könnyebb anyag tölti ki; egy ilyen kompozit panel nagyobb hajlítási terhelést képes elviselni, mint két egymáshoz ragasztott mag nélküli teherhordó héj. Ezenkívül ez a szendvicskonstrukció könnyű marad, mivel a mag sűrűsége alacsony. A megnövelt szilárdságú, könnyű, többrétegű szerkezetre példa az a csomagolólemez, amelyben két külső kartonlap között hullámpapír köztes réteg van. A többrétegű kartonnak nagyobb a hajlítási merevsége és szilárdsága, mint egy megfelelő súlyú kartonlapnak. A felület vetemedésének megelőzésében fontos tényező a panel hajlítási terhelésnek ellenálló képessége. A megnövelt hajlítási merevséggel rendelkező vastag falú többrétegű héjak megakadályozzák a felület elhajlását normál repülési helyzetekben, és segítenek megőrizni a szárny- és törzsfelületek sima alakját. A hordozórétegek ragasztóval vannak a magréteghez kötve. Szegecselés nem használatos, és ez sima felületet biztosít. Módszerek többrétegű szerkezetek előállítására. Az összetett formájú többrétegű szerkezetek elemeinek előállításához többféle módszert alkalmaznak. Az egyiket az ábra magyarázza. 12. Olyan öntőforma készül, amely pontosan visszaadja a többrétegű elem kívánt formáját. A többrétegű szerkezet rétegeit szintetikus ragasztóval kenjük és formába helyezzük. A többrétegű szerkezet burkolatát hermetikus anyagból, például tartós gumiból készült burkolat fedi, a formát fedővel szorosan lezárják. Forró gőzt fecskendeznek be a héj belsejébe nyomás alatt, és magas hőmérséklet és egyenletes gőznyomás hatására a ragasztó megkeményedik és megbízhatóan összeköti a hordozórétegeket a töltőanyaggal. Ezzel az öntési technológiával összetett formájú, változó vastagságú íves falú szerkezeti elemek gyárthatók.

A második világháború idején a szintetikus ragasztók és a laminált ragasztási technológia széles körben elterjedt a repülési iparban. Ez a technológia erős kötést biztosított a különböző anyagok között, mint például a fa és a fémek, és lehetővé tette a sima felületű burkolatok alacsony költségű gyártását.
Többrétegű szerkezet megsemmisítése. A vázszerkezetekhez és a vékonyfalú monocockokhoz hasonlóan a szendvicsszerkezet tönkretétele a kompressziónak kitett oldalon kezdődik. A többrétegű panel nagy vastagsága miatt a kihajlást és vetemedést okozó nyomóerő jelentősen meghaladja azt az értéket, amelynél a vékonyfalú megerősített egykakas felületén először megjelennek a vetemedés jelei. Ezeknek az értékeknek az aránya elérheti a 20-at, sőt az 50-et is. Nem szabad azonban elfelejteni, hogy a vékonyfalú monocockok a vetemedés kezdetének kritikus terhelésénél jóval nagyobb terhelésnél működhetnek, míg a multik felületének vetemedése -rétegbőr mindig az utóbbi pusztulását okozza. A többrétegű héj kihajlását okozó kritikus terhelés homogén lemezek és egyrétegű héjak számítási módszereivel becsülhető meg. A könnyű adalékanyag viszonylag alacsony nyírási ellenállása azonban jelentősen csökkenti a kritikus feszültségértéket, és ez a hatás nem elhanyagolható. A többrétegű szerkezetek stabilitásának elvesztése általában a vékony teherhordó héjak felületének vetemedéséhez vagy gyűrődéséhez vezet. ábrán. A 13. ábra az instabilitás két típusát mutatja: szimmetrikus duzzadást és ferdeséget. Szimmetrikus duzzanat akkor fordul elő, ha a réteg nagy vastagságú aggregátummal, és torzulás - egy ilyen réteg kis vastagsága esetén.

A többrétegű szerkezet kihajlást okozó kritikus feszültsége, amely a felületi vetemedés mindkét formájának megjelenésével jár együtt, a képlettel határozható meg.

Ahol fcr a csapágyrétegek kritikus feszültségértéke, Ef a csapágyréteg anyagának rugalmassági modulusa, Ec a töltőanyag rugalmassági modulusa, Gc a töltőanyag nyírási modulusa. Példaként vegyünk egy többrétegű szerkezetet alumíniumötvözet hordozórétegekkel és porózus cellulóz-acetát szál töltőanyaggal. Az alumíniumötvözet rugalmassági modulusa megközelítőleg 70 000 MPa, míg a töltőanyagé 28 MPa. Az adalékanyag nyírási modulusa 14 MPa. Ezeket az értékeket az (5) képletbe behelyettesítve azt találjuk, hogy a kihajlás kritikus feszültségértéke 150 MPa. Vegye figyelembe, hogy az (5) összefüggés nem tartalmazza a panel geometriai jellemzőit. Következésképpen a kritikus feszültség független a csapágyrétegek és a magréteg vastagságától. A szerkezet vetemedéshez viszonyított teherbíró képességét csak jobb mechanikai tulajdonságú aggregátum alkalmazásával lehet növelni.
Más típusú vastag falú burkolatok. A második világháború után a fent leírt eredeti szendvicsszerkezet különféle módosításait fejlesztették ki és helyezték gyártásba. ábrán. A 14. ábra méhsejt szerkezetet mutat. Ebben egy méhsejt (celluláris) töltőanyag szolgál közbenső rétegként. ábrán. A 15. ábra egy másik típusú szendvicsszerkezetet mutat, amelyben a mag hullámos alumínium. Ez a konstrukció a csomagolólemezhez hasonlóan nagyon merev és stabil, de a hullámszalagot nem szabad a tartóhéjakhoz szegecselni.

Más kiviteleknél a bőrt és annak merevítő rétegét feltekerték és szárny- vagy törzsszakaszra formálták. Végül az erősen megterhelt, nagyon vékony szárnyak esetében létrehozták a változó vastagságú, tartós alumíniumötvözetből készült, legfeljebb körülbelül 19 mm vastagságú héjak gyártását. Az ilyen erős héjak csak magának a héjnak a merevsége miatt bordák nélkül is formáját tartó szárny gyártását teszik lehetővé, három-négy nyírófallal megerősítve, amelyek a párkányokon nyugszanak.
SZUPERHANGOS REPÜLŐGÉPEK, ŰRREPÜLŐK ÉS BALLISTIKUS RAKTÁK
A repüléstechnika fejlődését a tolóerő-tömeg arány stabil növekedési trendje jellemzi (a tolóerő-tömeg arány a repülőgép erőműve tolóerejének tömegéhez viszonyított aránya). Függőleges fel- és leszálló repülőgépeknél ez az érték nagyobb, mint egy. A ballisztikus rakéta meghajtó rendszerének sokkal nagyobb tolóerőt kell létrehoznia, mint a rakéta súlya, hogy felemelje az indítóállásról, felgyorsítsa és a kívánt pályára hozza. A tolóerő-tömeg arány és a repülési sebesség folyamatos növekedése olyan repülőgépek megjelenéséhez vezetett, amelyek egyre kevésbé függenek a szárny által keltett aerodinamikai erőktől. A szárnyak mérete csökkenni kezdett (a ballisztikus rakétákon általában hiányoznak). Az űrbe indítást gyorsítókkal felbocsátott sikló járműveknek azonban szárnyakkal kell rendelkezniük, hogy visszatérhessenek a Földre. A szuperszonikus repülőgépek szárnyai és stabilizátorai nem csak területükön kisebbek, mint a szubszonikus repülőgépeké; vékonyabbak és kevésbé megnyúltak is. A szuperszonikus repülőgépek szárnyai és farokfelülete söpört vagy háromszög alakú. Az ilyen szárnyak bőrének vastagsága sokkal nagyobb, mint a szubszonikus repülőgépek szárnyainak vastagsága.
Példák vékony falú héjakra. A súlycsökkentés kiemelt prioritás az űrhajók tervezésében. A vékonyfalú héjak terén elért számos előrelépés ennek a követelménynek köszönhető. Ennek a kialakításnak tipikus példái az Atlas folyékony hajtóanyagú hordozórakéta és a szilárd rakéta. Az Atlaszhoz egy speciális feltöltött monocoque héjat készítettek. Szilárd tüzelőanyag-motorral rendelkező rakétát úgy állítanak elő, hogy egy üvegszálat egy tüskére feltekernek szilárd hajtóanyag töltet formájában, és a tekercselt réteget speciális gyantával impregnálják, amely vulkanizálás után megkeményedik. Ezzel a technológiával egyszerre kapjuk meg a repülőgép hordozóhéját és a fúvókával ellátott rakétahajtóművet is. A lakóautókat kúpos héjjal tervezték, amelyet hővédő anyagréteg borít, amely magas hőmérsékleten kiszárad (a hűtés fogalma elragadott bevonattal). Az űrben és a Holdon fellépő gravitációs erők kicsinysége miatt egyedi terveket hoztak létre. Például a holdmodul héja olyan paneleket tartalmaz, amelyek nem vetemedik a Holdon, hanem saját súlyuktól vetemednének a Földön.
Lásd mégŰR KUTATÁS ÉS HASZNÁLAT; RAKÉTA.
REPÜLŐ ANYAGOK
Sok anyag veszít szilárdságából a szuperszonikus repülés során fellépő magas hőmérsékleten. Ezért a könnyű hőálló anyagok különösen érdekesek az űrrepülőgépeknél. Az 1950-es évek végéig a legfeljebb kettő Mach-számmal (a Mach-szám a repülési sebesség és a hangsebesség aránya) mozgó repülőgépek fő repülési anyagai az alumíniumötvözetek és az acélok voltak. A titán az 1960-as évek elején vált gazdaságosan elérhetővé, ötvözeteit legfeljebb 3 Mach-számú repülőgép-konstrukciókban használták. Fém szuperötvözetek és szilícium-karbid vagy lítium-karbid porok alumíniummal vagy titánnal történő szinterelésével nyert poranyagokat fejlesztettek ki. Kompozit anyagokat is készítettek, amelyeknél a műanyag (polimer) alapot üveggel, kevlárral vagy szénszálakkal erősítik meg. A kompozit anyagokat széles körben alkalmazzák a repülőgépgyártásban és az űrtechnológiában, jó súlyuk és mechanikai tulajdonságaik miatt, amelyek lehetővé teszik könnyű és tartós szerkezetek létrehozását, amelyek magas hőmérsékleten is működnek.
Lásd mégÖTVÖZMÉNYEK; MŰANYAGOK.
REPÜLÉPÍTÉSEK
Szállító repülőgépek és vadászgépek. A modern szállítórepülőgépek tipikus elrendezése megerősített egyszínű törzsből áll, kétszárnyú szárnyakkal és kétszárnyú farokkal. A repülőgép-szerkezetekben elsősorban alumíniumötvözeteket használnak, de az egyes szerkezeti elemekhez más anyagokat is használnak. Például az erősen megterhelt szárnygyökerek titánötvözetből, a kormányfelületek pedig poliamid- vagy üvegszálakkal ellátott kompozit anyagból készülhetnek. Egyes repülőgépek farokrészében grafit-epoxi anyagokat használnak. A repülőgépgyártás területén elért legújabb vívmányok egy modern vadászrepülőgép tervezésében öltenek testet. ábrán. A 16. ábrán egy tipikus vadászrepülőgép felépítése látható, többszárnyú delta szárnnyal és megerősített monocoque törzstel. A repülőgép szárnyának és farkának egyes elemei kompozit anyagokból készülnek.

Rizs. 16. F-15C "IGL" cég "McDonnell - Douglas" - egy vadászgép, amely az amerikai légierőnél és szövetségeseinél szolgál. Két Pratt-Whitney kényszerített turbósugárzós by-pass motorral rendelkezik, maximális fordulatszáma pedig M = 2,5. Fegyverzete egy 20 mm-es ágyúból, levegő-levegő irányított rakétákból és irányítatlan repülőgép-rakétákból áll. A repülési hatótáv külső üzemanyagtartályokkal 5470 km. 1 - a radarantenna üvegszálas radomja; 2 - Doppler radarállomás; 3 - rádióantenna és radarállomás antennája; 4 - válaszfalak; 5 - rádióelektronikai berendezés rekesz; 6 - a sebességjelző vevője; 7 - pilótafülke előtető; 8 - szélvédő; 9 - pilótaülés; 10 - repülési vetítési jelző; 11 - műszerfal; 12 - vezérlőgomb; 13 - kormánypedálok; 14 - oldalsó vezérlőpanel; 15 - oldalsó lámpák; 16 - a felszerelés alsó rekeszei; 17 - anti-elektronikus védelem; 18 - pilótafülke ernyőemelő; 19 - légkondicionáló; 20 - alváz; 21 - motor levegő beömlőnyílása; 22 - hidraulikus erősítők; 23-20 mm-es Vulcan ágyú és lőszer; 24 - levegő-levegő irányított Sparrow rakéta; 25 - légfék; 26 - üzemanyagtartályok; 27 - levegő beszívó csatorna; 28 - szerelvény levegő utántöltő rendszerhez; 29 - üzemanyag-ellátó csőrendszer; 30 - burkolatok; 31 - csűrők; 32 - szárnyak; 33 - gerendák; 34 - tűs csatlakozások; 35 - szárnybordák; 36 - szárnyhéjpanelek húrokkal; 37 - méhsejt szerkezetek; 38 - leszállóhorog az aerofinisher kábelének rögzítéséhez; 39 - a levegőrendszer berendezéseinek rekeszei; 40 - bypass turbósugárhajtóművek; 41 - kompresszor; 42 - kiegészítő tápegység (indító); 43 - sebességváltó; 44 - motorrögzítő keretek; 45 - utánégető égéskamra; 46 - motortér gyűrű alakú keretekkel és titán hevederekkel; 47 - titán bevonat; 48 - utánégető fúvókák; 49 - stabilizátor rögzítő egység; 50 - bórszálas burkolólapok; 51 - pilon a rakomány felfüggesztéséhez a szárny konzolos részében; 52 - pilon a rakomány felfüggesztéséhez a szárny gyökerében; 53 - bombatartó; 54 - bombák; 55 - levegő-levegő Sidewinder rakéta; 56 - külső üzemanyagtartály.

Űrhajó Shuttle. Az orbitális űrsikló képes hiperszonikus sebességgel repülni a Föld légkörében. A jármű szárnyai többszárnyú vázzal rendelkeznek; a megerősített monocoque pilótafülke a szárnyakhoz hasonlóan alumíniumötvözetből készült. A raktérajtók grafit-epoxi kompozit anyagból készülnek. A készülék hővédelmét több ezer könnyű kerámialap biztosítja, amelyek a felület nagy hőáramnak kitett részeit fedik le.
Lásd mégŰRREPÜLÉSEK PÉNZES; ŰRREPÜLŐGÉP. Űrállomások. Az orbitális űrhajót állítólag hosszú távú űrállomások telepítésére használják. A Mir orosz orbitális űrállomás működése során szerzett tapasztalatokat a Freedom Nemzetközi Űrállomás fejlesztéséhez használják fel. Tervezőmérnökök egy hosszú távú orbitális állomás blokkjainak és szerkezeti elemeinek kilövésének problémáját oldják meg, majd az űrben történő összeszereléssel.
Collier Encyclopedia Wikipédia

Repülés közben szárnyakra épülő és meghajtórendszerrel hajtott repülőgép. A pilóta (vagy pilóták) által üzemeltetett repülőgépek hasznos terhet szállítanak, pl. rakomány, utasok, fegyverek vagy speciális felszerelések, mint pl. Collier enciklopédiája

A motor nélküli repülőgép nehezebb a levegőnél. A vitorlázórepülőt úgy tartják a levegőben, hogy egyensúlyba hozza a lefelé irányuló gravitációs erőt a felszálló légáramlatok által keltett emeléssel. A vitorlázórepülésnek két módja van: tervezés ... ... Collier enciklopédiája

IVB. ALCSOPORT. TITÁN CSALÁD TITÁN, CIRKÓNIUM, HAFNIUM Az átmenetifémek közé tartoznak a Ti, Zr és Hf titáncsalád elemei is, amelyeket a tulajdonságok elképesztő hasonlósága különböztet meg. Az utolsó két elem (Zr és Hf) tulajdonságaiban különösen közel áll egymáshoz. Collier enciklopédiája

Cookie-kat használunk a oldalunk legjobb bemutatója. Ha továbbra is használja ezt az oldalt, Ön egyetért ezzel. rendben

Bevezetés

A sugárvédő pajzsokra vonatkozó követelmények

Sugárvédő konstrukciók

1 A JWST infravörös obszervatórium sugárzási képernyője

2 A Gaia optikai obszervatórium sugárzáspajzsa

3 A TPF-C obszervatórium sugárzási képernyője

Néhány típusú szerkezet sugárpajzsok tartószerkezetéhez

Bevezetés

A modern űrobszervatóriumok reflektorait kriogén hőmérsékletre hűtik, hogy csökkentsék a belső zajszintet és növeljék a vevőberendezések érzékenységét. A hűtés lehet aktív, különféle hűtőgépekkel, vagy passzív, azáltal, hogy közvetlen vagy visszavert napsugárzással akadályozza a fogadó berendezés megvilágítását. Kombinált hűtés is lehetséges.

Az árnyék létrehozásának feladatát, amelyben az obszervatóriumok vevői működnek, sugárzási képernyők oldják meg - olyan eszközök és mechanizmusok komplexuma, amelyek csökkentik vagy jelentősen gyengítik a közvetlen és visszavert napsugárzás intenzitását a tér védett területén.

A sugárzási pajzsok a hűtési módtól, az árnyékolt terület típusától, a hőszigetelő anyagrétegek számától, a kiépítéstől függően különböző típusokra oszthatók.

Hűtési módszerrel:

· hűtetlen képernyővel,

· aktív hűtésű képernyővel,

· részben hűtött képernyővel.

Az átvilágított terület típusa szerint:

· gömb alakú hűtőzónával (az űrhajót teljesen körülveszi egy képernyő),

· belső hűtőzónával (a képernyők nyitott rendszerén belüli terület védett),

· az egyik oldalon hűtéssel (az űrhajó egyik oldala védett).

Közzététel útján:

· a képernyő a testhez van rögzítve,

· a képernyőt a szállítási helyzetből a munkahelyzetbe legördítjük.

Ebben a cikkben az elektromágneses hullámok optikai, infravörös és rádiós tartományának modern vagy jövőbeni obszervatóriumainak terveit vesszük figyelembe, amelyek hűtetlen, egy- és többrétegű lefelé sugárzó pajzsokkal rendelkeznek, belső hűtött zónával. Mivel a szóban forgó sugárzási ernyők összméretei elérik a több tíz métert, ez lehetővé teszi a nagy térszerkezetek közé sorolását.

1. A sugárvédő pajzsokra vonatkozó követelmények

A sugárvédő pajzsoknak, mint az űrhajók minden eszközének és mechanizmusának, csökkenteni kell a fejlesztés, a gyártás, a tesztelés, a kilövés, az üzemeltetés és az ártalmatlanítás költségeit, és ennek megfelelően követelményeket támasztanak a tömeg, a szállítási helyzetben lévő teljes méretek csökkentésére és a növekedésre. a működés megbízhatósága. Ezenkívül a természetes rezgések kellően magas első frekvenciájának biztosítására vonatkozó követelmények előírhatók a sugárzásvédő pajzsokra, akárcsak a nagy térszerkezetekre. Végül pedig a sugárzási pajzsokra, mint a passzív hőszigetelésre vonatkozó követelményeket támasztanak, biztosítva a hőmérsékleti rendszert, a hűtött terület alakját és méretét.

Ezek az egymásnak ellentmondó követelmények a sugárvédő pajzsok optimális kialakításával teljesülnek.

2. Sugárpajzsok építése

Az ebben a munkában vizsgált sugárzásvédő pajzsok a következő fő elemekből állnak:

· szita-vákuum hőszigetelés,

· legördülő tartószerkezet,

· eszközök csatlakoztatása.

Elméletileg mindhárom elem legkülönfélébb kivitelezési módjai lehetségesek, ezért először a modern és a jövőbeli űrobszervatóriumok sugárvédő pajzsainak terveit, majd a legördülő tartószerkezet néhány tervezési lehetőségét tekintjük fő elemnek. amely biztosítja a védett zóna alakját és méretét, valamint a szükséges természetes rezgések frekvenciáját.

2.1 A JWST infravörös obszervatórium sugárzási képernyője

A NASA Jame Webb Infrared Space Observatory (JWST) projektje a mai napig az egyik legfejlettebb projekt. Az obszervatórium 2013-ban készül elindítani. Jelenleg az űrhajórendszerek tervezése, gyártása és tesztelése zajlik. Többek között egy sugárvédő pajzs technológiai mintáját is legyártották és tesztelik.

A JWST sugárzásvédő pajzs egy szabálytalan hatszög alaprajzú, amely öt réteg hőszigetelő anyagból áll (nejlon, lerakott alumínium és szilícium rétegekkel). A tartókeret szerepét hat összecsukható rúd és tartókábel látja el. Az obszervatórium megjelenését az 1. ábra mutatja.

1. ábra Az űrteleszkóp megjelenése im. J. Webb.

· teljes mérete 32,8 m x 14,2 m,

· öt réteg nejlon alapú hőszigetelő anyag,

· a rezgések első öt sajátfrekvenciája: 0,23 Hz, 0,32 Hz, 0,44 Hz és 0,54 Hz,

· a berendezés hőmérséklete a védett területen: kevesebb, mint 50K.

· hozzávetőleges súly: 200 kg.

A sugárpajzs diagramja és főbb paraméterei a 2. ábrán láthatók.

2. ábra Az űrteleszkóp sugárpajzsának kialakítása és főbb paraméterei. J. Webb.

1. Elülső tartórudak (2 db), 2. Oldalsó tartórudak (2 db), 3. Hátsó tartórudak (2 db), 4. Öt réteg hőszigetelő anyag a tartókábeleken, 5. Végtámasz rudak (6 db), 6. Primer szita-vákuum hőszigetelés

A sugárvédő pajzs a következő sorrendben kerül felhelyezésre:

Szállítási helyzet,

Az elsődleges szita-vákuum hőszigetelés közzététele,

4. A hátsó tartórudak kinyitása,

6. Az elülső támasztórudak kinyitása,

A végtámasztó rudak kinyitása és a támasztórudak megfeszítése. A sugárvédő pajzs működési helyzete.

A sugárpajzs kioldásának sorrendjét a 3. ábra mutatja.

3. ábra A sugárpajzs kioldásának sorrendje

2.2 A Gaia optikai obszervatórium sugárzásvédő pajzsa

Az Európai Űrügynökség által elismert Gaia űrobszervatórium jelenleg a tervezési fázisban és a technológiai tesztelésben van. Így 2005-ben sikeresen tesztelték a sugárpajzs makettjének alkalmazását.

A Gaia sugárpajzs egy szabályos, 11 m átmérőjű kétszögletű, melynek hat szakasza kétrészes teherhordó szerkezetekből épül fel. A képernyő hőszigetelő anyaga nejlon alumínium bevonattal. A képernyő két anyagrétegből áll, amelyeket 130 mm választ el egymástól. Az egyik szakasz tartókerete egy négyzet alakú lemez az űrhajótesthez való csatlakozás helyén, és egy X-alakú tartószerkezet a felülnézetben.

Az obszervatórium megjelenését a 4. ábra mutatja.

4. ábra A Gaia obszervatórium külső képe

A sugárzási pajzs fő paraméterei:

Átmérő 11m,

· két réteg nejlon alapú hőszigetelő anyag,

· a természetes rezgések első frekvenciája: legalább 35 Hz,

· a berendezés hőmérséklete a védett területen: kevesebb, mint 150 K.

· hozzávetőleges súly: 70 kg.

A sugárpajzs kialakítását az 5. ábra mutatja.

5. ábra: A Gaia obszervatórium sugárzási képernyője. Szállítási és munkahelyzet. A tizenkét részből három látható.

Négyzet alakú szakaszok, 2. X-alakú tartószerkezetek,

Teherhordó panelek, 4. Laza hőszigetelő rétegek.

A szigetelőpanelek ezzel egy időben kezdenek kigördülni. Munkahelyzetben a panelek ütközőkkel vannak rögzítve. A telepítési sorrend a 6. ábrán látható.

6. ábra: A Gaia Obszervatórium sugárpajzsának telepítési sorrendje.

2.3 A TPF-C obszervatórium sugárzási képernyője

A NASA Terrestrial Planet Finder projektje obszervatóriumok létrehozását írja elő a Földhöz hasonló bolygók felkutatására. A projekt során kétféle obszervatórium létrehozását tervezik: TPF-C (koronagráf) és TPF-I (interferométer). Jelenleg a TPF-C obszervatórium aktív fejlesztés alatt áll. Többek között a teleszkóptükrök állandó hőmérsékletét fenntartó rendszert fejlesztenek ki, amely sugárzásvédőt is tartalmaz.

Az obszervatórium megjelenését a 7. ábra mutatja.

7. ábra: A TPF-C obszervatórium külső képe

Az obszervatórium kialakítását a 8. ábra mutatja.

8. ábra A TPF-C obszervatórium építése

A TPF-C sugárzásvédő pajzs hat réteg hőszigetelő anyagból áll, amelyek szabályos csonka, oktaéderes piramist alkotnak, amiben a teleszkóp található. A tartószerkezet nyolc tágítható rúd, amelyek a piramis széleit alkotják.

A TPF-C projekt műszaki leírása szerint az obszervatórium tudományos berendezése szobahőmérsékleten fog működni, ezért a sugárzási képernyő ebben az esetben nem annyira a távcső tükrei és detektorainak hűtését hivatott biztosítani, hanem a sugárzás kiegyenlítését. hőmérsékleti mezőt a védett területen, és biztosítsa annak állóképességét. A felhasznált hőszigetelő anyagról, a sugárpajzs méretéről és tömegéről sajnos nincs részletes információ a szakirodalomban.

4 A Millimetron és WMAP obszervatóriumok sugárzási képernyője

Az orosz "Millimetron" projekt egy milliméteres, szubmilliméteres és infravörös hullámhosszú obszervatórium létrehozását irányozza elő 12 m átmérőjű, aktív hűtésű teleszkóppal. A teleszkóp aktív hűtése mellett passzív hűtést is biztosítanak két sugárzás segítségével. képernyők.

Az obszervatórium kialakítását a 9. ábra mutatja.

9. ábra A "Millimetron" projekt obszervatóriumának építése

A Millimetron projekt obszervatórium sugárpajzsának kialakításáról a rendelkezésre álló szakirodalomban nincs információ.

A WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) űrszonda 2003-ban indult a CMB anizotrópiájának tanulmányozására. A WMAP fő tudományos berendezése egy kétcsatornás radiométer. Az interferencia mértékének csökkentése érdekében a radiométer vevőkészülékeit sugárzásvédő pajzs védi. A készülék megjelenése a 10. ábrán látható.

10. ábra. A WMAP obszervatórium külső képe

A készülék felépítését a 11. ábra mutatja.

11. ábra A WMAP obszervatórium felépítése

A WMAP obszervatórium sugárpajzsának kialakításáról a rendelkezésre álló szakirodalomban nincs információ.

3. Néhány szerkezettípus sugárpajzsok tartószerkezetéhez

A sugárpajzs fő eleme, amely biztosítja a védett terület formáját és méretét, valamint a természetes rezgések kibontakozását és az előírt frekvenciáit, a tartószerkezet.

Ennek az absztraktnak a 2. szakasza a modern és jövőbeli űrobszervatóriumok tervezésénél használt tartószerkezetek szerkezetét írja le. A szakirodalom azonban ismertet olyan bővíthető térszerkezeteket, amelyek tartószerkezetként is használhatók.

Példaként vegyünk kétféle tartószerkezetet, amelyek a nagy egymásra rakási arányt (a munkahelyzetben a maximális méret és a szállítási helyzetben lévő maximális méret aránya) és az egységnyi területre eső kis súly kombinációját biztosítják: rácsos és felhajtható szerkezetek. .

3.1 Rácsos szerkezetek

Az Oroszországban gyártott összecsukható rácsos szerkezetek egyik példája a TKSA és a KTVRM sorozat OKB MEI reflektorai.

A legjobb mintákhoz körülbelül 10-es halmozási tényező és 1 négyzetméter tömeg. m felület 1 kg szinten.

A TKSA-6 reflektor megjelenését a talajvizsgálatok során a 12. ábra mutatja.

12. ábra: A TKSA-6 reflektor külső képe

A rácsos szerkezet sematikus diagramja a 13. ábrán látható.

13. ábra A rácsos szerkezet sematikus diagramja

3.2 Összecsukható szerkezetek

A feltekerhető szerkezetek nevüket arról kapták, hogy teherhordó elemeik szállítási helyzetben szorosan, egymáshoz tapadva gördülnek fel. Az összecsukható szerkezet egyik típusának, az ATS-6 űrszonda reflektorának alapfelépítése a 14. ábrán látható.

14. ábra Az ATS-6 reflektor alapfelépítése

optikai sugárzás pajzs obszervatórium

Az ATS-6 reflektor átmérője 9,1 m, tömege 60 kg, egymásra rakási aránya 4,6 és 1 négyzetméter. m felület tömege 0,92 kg. Az ATS-6 reflektor megjelenése széthajtott helyzetben a 15. ábrán látható.

15. ábra: Az ATS-6 reflektor külső nézete széthajtott helyzetben

Az ATS-6 reflektor mellett más típusú összecsukható szerkezeteket is kifejlesztettek, amelyek hivatkozásait a felhasznált források listája tartalmazza. Sajnos ezeknél a konstrukcióknál nincs adat a tömegről, a lehetséges maximális méretekről és egyéb paraméterekről.

A felhasznált források listája

James Webb űrteleszkóp helyszíne. http://jwst.gsfc.nasa.gov/about.html

James Webb Űrtávcső projekt. Mission Operations Concept Document2, 2004.http: //docdb.fnal.gov/CMS/DocDB/0004/000498/001/Mission_Ops_Concept.pdf

JWST Project Status for the CAA, 2006. május.http: //www7.nationalacademies.org/bpa/CAA_May2006_Presentations_Sabelhaus.pdf

Gaia webhely. http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=26

Mechanisms for Gaia Deployable Sunshield, E. Urgoiti, G. Migliorero, 11the ESMATS Symposium

GAIA: A MŰHOLD ÉS HATÁSTERHELÉS, Oscar Pace, Európai Űrügynökség, ESA-ESTEC.C

TPF-C webhely. http://planetquest.jpl.nasa.gov/TPF/tpf_index.cfm

Technológiai terv a Terrestrial Planet Finder Coronagraphhoz, JPL 05-8. kiadvány, http://planetquest.jpl.nasa.gov/TPF/TPF-CTechPlan.pdf

A szárazföldi bolygókereső koronagráf tudományos és technológiai meghatározási csoport (STDT) jelentése, JPL D-34923-as dokumentum, http://planetquest.jpl.nasa.gov/TPF/STDT_Report_Final_Ex2FF86A.pdf

Kolesnikov A.V.

TANFOLYAM ELŐADÁSAI

"Űrhajók szerkezeteinek és rendszereinek tesztelése"

(1307. szak, 10. félév)

2007 G.

Előadás száma	Figyelembe vett előadás témái
	Az űrjárművek fejlesztésének főbb szakaszai. Az űrjárművek kísérleti tesztelésének célja, céljai és hatékonyságának kritériumai. Az űrhajótesztek osztályozása.
	Az űrhajó szerkezetének, felszerelésének és műszereinek állapotát és teljesítményét befolyásoló űrrepülési tényezők.
	Statikai és vibrációs vizsgálatok.
	Tehetetlenségi és lökésterhelések hatásvizsgálata.
	Az űrhajó gázdinamikai tesztjei.
	Akusztikus terhelési tesztek.
	Az űrhajók hővisszanyerésének általános jellemzői. Az űrhajók hővákuum-teszteinek problémái.
	Módszerek a világűr űrvákuum- és sugárzási tulajdonságainak kísérleti modellezésére.
	A napsugárzás és a bolygók sugárzásának az űrhajó termikus állapotára gyakorolt ​​hatásának reprodukálása kísérleti létesítményekben.
	Az űrhajó vákuum-hőmérsékleti tesztjei. Zárt rekeszek nem vákuum vizsgálata. Űrjárművek meghajtórendszereinek tesztelése.
	Módszertani kérdések a vizsgálandó tárgy számított termikus terheléseinek reprodukálásával a termikus vákuum, vákuum-hőmérséklet, hőszilárdság és elektromos vizsgálatok során.
	Az űrhajók hővédelmének kísérleti vizsgálata.
	Sugárzási tényezőknek és mágneses mezőknek való kitettség vizsgálata. Elektromos vizsgálatok.
	Indítás előtti tesztek és felkészülés az űrhajó repülési tesztjére.

N 1 előadás

Az előadás témája: Az űrjárművek fejlesztésének főbb szakaszai Az űrjárművek kísérleti tesztelésének célja, céljai és hatékonysági kritériumai. Az űrhajótesztek osztályozása.

Az űrjárművek fejlesztésének főbb szakaszai.

Az űrtechnológiai termékek létrehozásának folyamata általában a következő, egymással összefüggő főbb szakaszokból áll: 1) tervezés; 2) a termék prototípusainak fejlesztése, amelyek nem feltétlenül felelnek meg teljesen a szabványos verziónak a műszerekkel, berendezésekkel és még egyes rendszerekkel való kiegészítés tekintetében; 3) az egyes egységek, rendszerek és berendezések egészének földi kísérleti tesztelése; 4) szabványtermék előállítása, 5) szabványtermék repülési tervezési vizsgálata, ha az a berendezés rendeltetése és a rászerelt tudományos berendezés költsége és sajátossága miatt gazdasági és egyéb okokból célszerű és lehetséges. Anélkül, hogy teljes mértékben felfednénk az űrhajók létrehozásának felsorolt ​​szakaszainak tartalmát, csak az ezekben a szakaszokban rejlő fő szabályszerűségeket vesszük figyelembe, és megjegyezzük a tesztek szerepét a létrehozandó űrhajó rendszereinek paramétereinek optimalizálásában.

A tervezés az űrhajók fejlesztésének egyik kezdeti szakasza. A tervezés azonnali eredménye a projekt. Ennek tükröznie kell a készülék létrehozásának általános koncepcióját és tervét, valamint elemeinek, szerelvényeinek és fedélzeti rendszereinek konkrét műszaki megoldásait. A tervezés a megoldások keresésének és megtalálásának komplex kreatív folyamata, amely biztosítja a meghatározott követelményeknek megfelelő műszaki tárgy létrehozását. Magának a projektnek a költségei az űrhajó létrehozásának összköltségeit összegezve, figyelembe véve a gyártás előkészítését, a prototípusok gyártását és azok kísérleti fejlesztését, viszonylag csekélyek. A hibamentes tervezés azonban előre meghatározza annak lehetőségét, hogy egy űrhajót időben és minimális összköltséggel hozzanak létre. Ez a helyzet nyilvánvaló, mivel az alapvető tervezési hibákat sem az űrhajók prototípusainak gyártása során, sem kísérleti tesztelésük során nem lehet kijavítani nagy anyagköltségek és a berendezés létrehozási idejének jelentős növekedése nélkül.

Magában a tervezési folyamatban három szakasz különböztethető meg: műszaki követelmények kialakítása; vázlatterv; műszaki tervezés;

A műszaki követelmények kidolgozásának szakaszában megtörténik az űrhajó fejlesztésének műszaki és gazdasági indoklása, amelyet néhány sürgős probléma megoldására terveztek, valamint az eszköz rendszereire, általános és tömegjellemzőire vonatkozó műszaki követelményeket. megfogalmazva és alátámasztva. Ugyanebben a szakaszban határozzák meg az apparátusrendszerek hatékonyságának kritériumait és az űrhajó egészének hatékonysági kritériumait is.

Az előtervezés szakaszában az űrjárműre és rendszereire megfogalmazott általános követelmények alapján meghatározzák felépítését, az alkatrészelemek műszaki jellemzőit, valamint elvégzik a járműrendszerek elrendezését. Ebben a szakaszban az űrjárművek szintézise nagy bizonytalanság körülményei között kezdődik, és egy leegyszerűsített idealizált matematikai modell alapján történik, amely a hasonló rendszerek tervezése során szerzett tapasztalatok és a tervezésben részt vevő szakemberek erudíciója alapján épül fel. Ennek a szakasznak a kezdeti szakaszában a kifejlesztett termék fő paramétereinek minőségi mutatóira gyakorolt ​​​​hatásának elemzésére általában hozzávetőleges matematikai modelleket használnak, méghozzá leggyakrabban helyi modelleket, amelyeket az űrhajó egyes részeihez állítanak össze. A rendszer ilyen modellek segítségével meghatározott paraméterei hozzávetőlegesek, és a következő tervezési szakaszban további finomítást igényelnek.

A műszaki tervezés szakaszában kidolgozzák a műszaki dokumentációt, amely szükséges az egységek, rendszerek és űrhajók egészének kísérleti mintáinak és maketteinek gyártásához, ezek laboratóriumi és próbapadi körülmények között történő kísérleti teszteléséhez.

A kísérleti fejlesztés célja és célkitűzései

Az űrjármű kísérleti tesztelésének célja, hogy az űrjármű egészét, valamint alkatrészeit és szerelvényeit olyan állapotba hozza, amely maradéktalanul megfelel a műszaki feladat követelményeinek.

A kísérleti tesztelés, amely a berendezés tervezésének természetes folytatása, befejezi az űrhajó létrehozásának folyamatát. Ez azonban nem csak a végső láncszem, hanem szorosan összefonódik a tervezési szakaszokkal. Az egyes űrjárművek tervezésénél nem csak az elméleti előfeltételeket veszik figyelembe, hanem más űrjárművek létrehozásának tapasztalatait, fejlesztésük tapasztalatait, az ebben az esetben végzett kutatások eredményeit is. Ez a tapasztalat azonban néha kevésnek bizonyul, különösen új eszközök tervezése során, amelyek jelentősen eltérnek a korábbiaktól mind a megoldandó feladatok mennyiségében és szintjében, mind a velük szemben támasztott követelményekben, amelyek megvalósítása korántsem mindig történik meg. jól ismert, jól kidolgozott áramköri és tervezési megoldások segítségével lehetséges. Új anyagok és konstrukciók, alapvetően új rendszerek alkalmazására van szükség, amelyek ennek az űrhajónak a tervezése idején még nem teszteltek a gyakorlatban, ezért nem tekinthetők megbízhatónak. Mindezen konstruktív újítások kísérleti kidolgozását a tervezet terv kidolgozásával egyidejűleg, sőt esetenként jelentős előrelépéssel is meg kell végezni, mivel a tervezetnek valamilyen mértékben számítással vagy kísérlettel jóváhagyott megoldásokat kell tartalmaznia. A rakéta- és űrtechnika fejlődésének történetében számos (főleg korai szakaszban) példa van arra, amikor egy ilyen megközelítés figyelmen kívül hagyása oda vezetett, hogy a megtervezett és megvalósított űrjárműveket az elvégzett tesztek után újra kellett tervezni.

A rakéta- és űrtechnológia fejlesztésének kezdeti szakaszában az űreszköz fő kísérleti fejlesztése a repülési tervezési tesztek (LKI) során zajlott. Földi körülmények között autonóm módon csak az űrhajó alkatrészeit (rendszereit) tesztelték. Ugyanakkor jelentős számú indításra volt szükség az űrhajó teszteléséhez és finomhangolásához. Az űrjárművek bonyolultabbá válásával a segítségükkel megoldott feladatok bővülése és bonyolódása miatt maguknak az űrszondáknak és minden egyes kilövésének költsége meredeken emelkedett, ezzel összefüggésben megváltozott az űreszköz kísérleti tesztelésének stratégiája. , amely most az LKI alatti egyszeri kilövésekre vagy a visszautasító LCI-re összpontosít drága tudományos berendezésekkel, például teleszkópokkal felszerelt járművek, vagy a Naprendszer távoli bolygóinak vagy űrszondák vizsgálatára tervezett járművek esetében. A kísérleti tesztelés korszerű stratégiája főként az űrhajók rendszereinek és alkatrészeinek földi tesztelésén alapul, a legteljesebb szimulációval (a szimulációs eszközök lehetőségein belül) a jármű normál üzemi körülményeit. Célszerűnek tartják, hogy mindent, amit csak lehet, a talajviszonyok között ellenőrizzünk. A kísérleti tesztelés ilyen megközelítésére példa lehet az Apollo űrszonda tesztelése, melynek létrehozása során a holdraszállási program megvalósítására szánt előirányzatok jelentős, ha nem a legtöbbje egy földi bázis létrehozására irányult. kísérleti bázis. Ennek eredményeként kb
minden tervezési hibát a kutatási tesztek során találtak,
tervezési hibákat ellenőrzési és technológiai (átvételi) tesztek tártak fel és csak
a hiányosságokat az indítás előtti és a repülési tesztek tárták fel. Megjegyzendő, hogy a kutatási tesztelés alatt olyan teszteket értünk, amelyeket annak megállapítására végeznek, hogy egy struktúra létrehozható-e, és hogy a kifejlesztett szerkezet képes-e egy adott ideig ellátni a szükséges funkciókat olyan külső körülmények között repülés közben vagy a repülésre való földi felkészülés körülményei között fordulnak elő. A kutatási tesztek tárgya egy prototípus prototípus, egy prototípus és egy ipari prototípus. Ami az ellenőrzési és technológiai (átvételi) teszteket illeti, ezek egy szabványos termék ellenőrzése a gyártási hibák hiányára. Ezeknek a teszteknek a programja magában foglalja a működési teszteket és a termék egyes részeinek tesztelését a működési feltételek hatásának megállapítására azok telepítése előtt, valamint a rendszerek és alrendszerek komplex tesztelését a telepítés után.

Soroljuk fel a főbb megoldandó feladatokat egy komplex műszaki rendszer tesztelésének céljának elérése érdekében.

Az űrhajóprojekt alapját képező fő szerkezeti és áramköri megoldások helyességének értékelése, korrekciója a tesztelés során.

Űrjármű szerelvények, egyedi szerkezeti egységek és eszközök működésének ellenőrzése, tesztelése üzemi körülmények között, interakciójuk tesztelése az általános tervezési sémában.

Az űrjárművek teljesítményjellemzőinek meghatározása a teljes használati körülmény között.

Az űrrepülőgép repülési programjának megszakadásához vagy halálához vezető esetleges meghibásodások okának kivizsgálása és a tesztelés során elhárítása.

Az űrhajók működési technológiájának tesztelése.

A kísérleti fejlesztés hatékonyságának kritériumai

A kísérleti fejlesztés tervezésénél megoldódik ennek a fejlesztésnek az optimális változatának megtalálása. Az optimalitás kritériumai a minimális költség, a minimális feltételek és a fejlesztés megbízhatósága.

Költség alatt értendő minden olyan munka költsége, amely a kísérletek elvégzésével kapcsolatos minden szakaszban, beleértve a vizsgálati berendezések tervezésének, gyártásának és elsajátításának költségeit is.

A kísérleti fejlesztés idejének minimalizálása előfeltétele az űrhajó létrehozási idejének lerövidítésének.

A megbízhatóság fogalma, mint a bányászati ​​program optimálisságának kritériuma, meglehetősen tág követelményeket tartalmaz. Ez mindenekelőtt az összes űrjármű-rendszer működésének meghatározott megbízhatóságát biztosítja normál üzemi körülmények között és egyes lehetséges vészhelyzetekben. Ez egyben a rendszer fő paramétereinek kísérleti megszerzésének szükséges megbízhatósága és pontossága is, ami megerősíti a megalkotott apparátus számára kitűzött cél elérését.

Az űrhajó és alkatrészei tesztjeinek osztályozása.

Amint az a besorolás indokainál szerepel, a következő jelek lehetnek.

1)A tesztek célja... Ebben az esetben a tesztek kutatási, kontroll, összehasonlító és meghatározó tesztekre oszlanak.

Kutatási (tudományos) teszteket végeznek egy objektum tulajdonságainak bizonyos jellemzőinek tanulmányozására. Ezek a tesztek szükségesek ahhoz, hogy minőségi és mennyiségi összefüggéseket állapítsunk meg a jellemzők között korábban ismeretlen helyzetekre, összehasonlíthassunk és új hipotéziseket, elméleteket állítsunk fel.

Ellenőrző vizsgálatokat végeznek annak megállapítására, hogy az objektum jellemzői megfelelnek-e a meghatározott követelményeknek.

Összehasonlító teszteket végeznek a hasonló célú vagy azonos tárgyak tulajdonságainak összehasonlítására azonos körülmények között.

Végleges teszteket végeznek a jellemzők értékeinek meghatározására a pontossági és megbízhatósági mutatók meghatározott értékeivel.

2)Objektumszint tesztelése. Ennek alapján a tesztek a következő típusokra oszlanak: anyagok és elemek tesztelése, szerelvények, műszerek, szerelvények, eszközök, alrendszerek, rendszerek tesztelése, az űrhajó egészének tesztelése.

3)Meghatározott objektum jellemzők... Ennek alapján a tesztek funkcionális tesztekre, szilárdsági vizsgálatokra, stabilitási vizsgálatokra, megbízhatósági, biztonsági, szállíthatósági vizsgálatokra, határvizsgálatokra, technológiai vizsgálatokra oszlanak.

4)Termékfejlesztési szakaszok... Ebben az esetben a tesztek fejlesztési, előzetes és átvételi tesztekre oszlanak.

A finomítási tesztek olyan kutatási tesztek, amelyeket egy termék fejlesztése során végeznek annak érdekében, hogy felmérjék a terméken végrehajtott változtatások hatását a minőségi mutatóinak meghatározott értékeinek elérése érdekében.

Előzetes tesztek - prototípusok ellenőrző tesztjei az átvételi tesztekre való bemutatásuk lehetőségének meghatározása érdekében.

Átvételi tesztek - prototípusok ellenőrző tesztjei annak érdekében, hogy megoldják a termék normál üzembe helyezésének lehetőségét.

5) Vizsgálati feltételek és hely... Ebben az esetben a tesztek a következő típusokra oszlanak: laboratóriumi, tárgyi matematikai modelleket használó, próbapadi, sokszögű, operatív.

Laboratóriumi vizsgálatok - laboratóriumi körülmények között végzett vizsgálatok. Nyilvánvaló, hogy a laboratóriumi körülmények között végzett vizsgálat tárgyai lehetnek alacsonyabb szintű tárgyak is - például anyagok, elemek, szerelvények, eszközök.

A modelltesztek tárgyi - matematikai modellek felhasználásán alapulnak, amelyek az eredetihez képest eltérő fizikai természetű elemekből épülnek fel, de ugyanazokkal a matematikai modellekkel írják le, mint az eredetit. A tantárgyi matematikai modellek két típusra oszthatók: közvetlen és közvetett analógia modelljeire. Az elsők a fizikailag különböző jelenségekben rejlő, de ugyanazokkal a matematikai modellekkel leírt mennyiségek közötti közvetlen kapcsolat (analógia) alapján épülnek fel. A közvetett analógia tárgyi – matematikai modelljei az analóg számítógépek.

A próbapadi tesztelés egy tárgy tesztelése tesztberendezésen, amely olyan műszaki eszköz, amely szimulálja azokat a fizikai hatásokat, amelyeknek egy űrhajó teljes körű körülmények között ki van téve. A vizsgálóberendezések (próbapadok) irányaiban és formában kombinálhatók, például mechanikai, termikus, elektromos, éghajlati, kémiai, biológiai, mágneses, elektromágneses és sugárzási tesztek komplexei.

Terepi tesztek - egy objektum tesztelése egy teszthelyen.

Működési tesztek - egy objektum tesztelése normál működési körülményei között.

A felsorolt ​​teszttípusokon kívül, amelyek besorolását jellemző tulajdonságaik szerint végeztük, meg kell jegyezni a következő típusú, összetett objektumokkal kapcsolatos teszteket - az űrhajó egészére vagy annak egyes töredékeire, rendszereire: autonóm tesztek, integrált tesztek, tesztek abnormális vészhelyzetek utánzásának körülményei között.

Egy komplex műszaki rendszer egyes elemeit - esetünkben egy űrhajó egyes alkatrészeit vagy rendszereit - autonóm teszteknek vetik alá.

Átfogó teszteket végeznek vagy közvetlenül összekapcsolt űrhajórendszerek egy csoportjára, vagy a teljes űrrepülőgépre vonatkozóan annak érdekében, hogy az összeszerelési és összeszerelési munkák után ellenőrizzék az űrhajórendszerek normális működését.

N2 és 3 előadás

Az előadás témája: Az űrhajó szerkezetének, felszerelésének és műszereinek állapotát és teljesítményét befolyásoló űrrepülési tényezők.

Az űrrepülőgép működésének a következő 4 jellemző szakasza különböztethető meg, amelyek a fizikai tényezők sajátosságaiban, az űrhajó szerkezetére, rendszereire, berendezéseire és eszközökre ható különböző megnyilvánulásaiban különböznek: 1) szárazföldi körülmények között való tartózkodás, ideértve az indítóállás körülményeit is; 2) az űrhajónak a repülési pályába való behelyezésének területe; 3) az űrhajók az űrben való tartózkodása; 4) az űrhajó vagy egy részének (CA) lassulása és süllyedése a bolygó légkörében.

Tekintsük ezeket a szakaszokat egymás után.

Maradj földi körülmények között.

Szárazföldi körülmények között az űrhajót éghajlati tényezők befolyásolják. Ezek tartalmazzák:

A környezeti légkör megemelkedett és csökkentett hőmérséklete, amely -65 C és + 75 C között változhat;

a környező légkör magas vagy alacsony páratartalma;

Légköri nyomás és e nyomás hirtelen változásai (barosokk);

Eső, jégeső, harmat, fagy;

Légköri por és homok.

Meg kell jegyezni, hogy általában az űrhajók esetében az éghajlati tényezők csak az újrafelhasználható űrjárművek esetében jelentősek. A burkolat alatt az űrbe bocsátott hagyományos űrjárművek esetében az indításra való felkészülés minden szakaszában, beleértve a vizsgálati helyszínre szállítást is, intézkedéseket tesznek az éghajlati tényezők rájuk gyakorolt ​​hatásának kizárására. Klímavizsgálatok csak egyes egységeknél és készülékeknél végezhetők el, a termék beépítési helyére történő szállításuk sajátosságai alapján.

Hely az űrhajóknak a repülési pályára való beillesztéséhez

Az űrhajó kilövőhelyén a gyorsulás okozta tehetetlenségi terhelések hatnak az űrhajó szerkezeti elemeire, rendszereire, berendezéseire. Ezen terhelések nagysága a túlterhelések nagyságától és irányától függ. Az indítóhelyen fellépő túlterhelések kicsik és nem haladják meg
... Az egyes elemekre, sőt az űrhajó szerkezetének részeire vonatkozó tehetetlenségi terhelések azonban a vibráció miatt (általános vagy lokális rezgési jellegű gyorsulások) lényegesen nagyobbak lehetnek. A rezgés fő forrása a működő motorok - fenntartó és helyzetszabályozó motorok. Az egyes elemek rezgései a csővezetékekben lévő tüzelőanyag-komponensek lüktetése miatt is előfordulhatnak. A vibrációnak más okai is lehetnek. A vibráció az űrhajó szerkezeti elemeinek kifáradási károsodását, a műszerek és berendezések mechanikai károsodását, valamint az űrhajó rekeszeinek szivárgását okozhatja.

Az űrjárművek szerkezeti elemei is intenzív akusztikus terhelésnek vannak kitéve. Az akusztikus terhelés a rakétahajtóművek működése során fellépő hang (akusztikus) tér hatása az űrrepülőgépre. A rakétahajtómű sugársugára által generált akusztikus energiát a frekvenciaspektrum, a hangintenzitás, a hangnyomásszint, az expozíció időtartama és néhány egyéb paraméter jellemzi.

Az akusztikus tér kialakításához a sugár kinetikai energiájának legfeljebb 1%-a szükséges. A motorzaj frekvenciaspektruma általában széles sávú és egyenletes (úgynevezett fehér zaj). A többfúvókás meghajtórendszerek egyes elrendezéseinél vagy a sugársugarak és az indítóberendezés elemeinek kölcsönhatása esetén azonban diszkrét komponensek jelennek meg a sima zajspektrumban - egyedi frekvenciákon kibocsátások, amelyek intenzitása néha meghaladja a sugárzó intenzitási szintjét. folytonos spektrum legalább 100-szorosára. Egy objektum esetében a legnagyobb veszélyt a diszkrét komponensek jelentik, amelyek felhalmozódásához, sőt tönkremeneteléhez vezethetnek, különösen akkor, ha az alkatrész gyakorisága egybeesik a szerkezet természetes frekvenciájával. Az akusztikus terhelésekre a legérzékenyebbek a berendezések és a vezérlőrendszer egyes elemei.

rezgések, például a fúvóka és a csővezetékek rezgései, amelyeket a határolórétegben lévő nyomásingadozások okoznak, a motorok közvetlen rezgései a forgó elemek kiegyensúlyozatlansága miatt, a szelep működése stb. Ezek a rezgésforrások azonban kicsik amplitúdójú és magas frekvenciájú.

Maradj az űrben

Röviden jellemezzük az űrkörnyezet főbb tényezőit és azok megnyilvánulását az űrhajó szerkezetének, rendszereinek, berendezéseinek és eszközeinek állapotában.

1) Űrvákuum

A tér, mint fizikai közeg fő jellemzője a benne lévő gáznemű anyagok rendkívüli ritkasága. Ha a gáznyomás sokkal alacsonyabb, mint a légköri nyomás, akkor ezt az állapotot vákuumnak nevezzük. Az abszolút nyomás a vákuum mennyiségi jellemzőjeként szolgál. A vákuumtechnológiában a nyomást "torr"-nak nevezett egységekben fejezik ki, "mm". higanyoszlop, "Pascal" (Pa). A "Torr" 1 mm-es nyomásnak felel meg. rt. utca. Nyomás 760 mm. hg megfelel

vagy
., Ezért
.

A térben uralkodó nyomás nagymértékben változik a szóban forgó tértől függően. Csillagászati ​​adatok szerint a csillagközi térben a gáz nyomása (főleg az atomi hidrogén) kb.
... A bolygóközi teret főleg szoláris eredetű gázrészecskék töltik meg. Ezek a részecskék kilökődnek a napkoronából, és plazmafolyamokat képeznek - a napszelet, amely főként ionizált hidrogénből és héliumból áll. A bolygóközi tér körülményei a naptevékenység függvényében nagymértékben változnak. Az átlagos nyomás a
előtt
.

A legnagyobb gyakorlati érdeklődésre a földközeli űrben található ritka gázok állapotára vonatkozó adatok állnak. A Föld légköre 100 km feletti magasságban inhomogén mind kémiai összetételét, mind a részecskék állapotát tekintve. Tehát 100 km-es magasságban a gáznyomás kb
Ezenkívül a légkör fő összetevői az
... 200 km-es magasságban a nyomás az
300 km-es magasságban a gáznyomás nem haladja meg az értéket
, és 1000 km-es magasságban a nyomás nagyságrendileg
.

A gáz állapotának fontos jellemzője, amely a nyomásától, hőmérsékletétől és kémiai összetételétől függ, és meghatározza az átviteli folyamatok jellegét és intenzitását, a molekula átlagos szabad útja ( ). Értékelések , az általános fizika tantárgyából ismert levegő Sutherland-képlete szerint hajtják végre, megfelelő nyomáson és hőmérsékleten.
és
ezt mutatta meg az első esetben
és a másodikban -
... Így a
a molekula átlagos szabad útja meghaladja az űrhajó jellemző méreteit. Ez a körülmény határozza meg a világűr azon képességét, hogy korlátlan mennyiségben elnyelje az űrhajó felszínéről felszabaduló gázokat és gőzöket. Vagyis az űrben bekövetkező tömegvesztés sajátossága, hogy az űrszonda felszínéről kevés részecske tér vissza. Ezt a tulajdonságot az úgynevezett visszatérési ráta jellemzi az űrhajóba egységnyi idő alatt visszatérő részecskék számának és az azt ugyanannyi idő alatt elhagyó részecskék számának aránya határozza meg. Ebben meg van jegyezve, hogy azért

.

A gáznyomás az űrhajó különböző részein az űrben nem azonos. Előre (a sebességvektor szempontjából) a Föld-közeli űrhajó részei (
) két nagyságrenddel nagyobb lehet a tér adott helyén uralkodó statikus nyomásnál, a hátsó részeken pedig több nagyságrenddel kisebb is lehet. Ez annak a következménye, hogy az űreszköz sebessége jelentősen meghaladhatja a részecskék térbeli kaotikus termikus mozgásának sebességét. Emiatt a visszatérési együttható eltérhet az űrhajó különböző részein. .

A gáz-halmazállapotú közeg rendezett mozgási sebességének jelenléte az űrhajóhoz képest a felület elülső részének kinetikus felmelegedéséhez vezet a bejövő gázáram részecskéivel való kölcsönhatás miatt. A részecskék kinetikus energiájának része, arányos az alkalmazkodás termikus együtthatójával ( ) hőként kerül át a falra. Ezenkívül a hő felszabadulása a falon a disszociált gázmolekulák lehetséges rekombinációs folyamatai miatt is előfordul egy viszonylag hideg falon. Szabad molekuláris gázáramlási rendszerben a hőáram sűrűsége
A levegő részecskékkel való ütközés következtében az űrhajó felületének egy elemére jutó mennyiség egy egyszerű képlettel meghatározható:
, ahol - gáz sűrűsége, az űrhajó elem síkja és a repülés iránya közötti szög, (
). A becslések azt mutatják, hogy

.

A disszociált gázmolekulák rekombinációs folyamatainak megvalósítása során az űrhajó felületére jutó hőáram sűrűsége, amint azt a becslések mutatják, megközelítőleg egy nagyságrenddel kisebb
.

Így a ritkított kozmikus gáznemű egyenetlen dinamikus és termikus hatása van az űrhajó felületén. Ugyanakkor a földközeli járműveknél a gázrészecskék közvetlen hőhatása egyes felületeken egészen magasságig igen jelentős.
... Ezt a hatást vitathatatlanul csak akkor lehet figyelmen kívül hagyni
... De ugyanakkor meg kell jegyezni, hogy az űr ritkított gáznemű anyaga már olyan magasságból indul ki, mint
nem észrevehető hőhordozó közeg. A ben végzett becslések azt mutatják, hogy ilyen magasságokban a gáz konvektív hőátadása és hővezető képessége elhanyagolható. Ebből következően a térben nem érintkező felületek közötti hőcsere főként sugárzással, illetve speciális esetekben olyan tömegátadási folyamatok következtében valósulhat meg, mint a szublimáció, párolgás, kondenzáció.

Az űrvákuum az űrhajók anyagainak felületi rétegeinek felgyorsult szublimációját (párolgását) okozhatja, ami a felületi tulajdonságaik megváltozásához vezethet, beleértve a sugárzás-optikai jellemzők megváltozását is. Ugyanakkor a fémeknél a vákuum nem jelent különösebb veszélyt, kivéve a viszonylag nagy telített gőznyomású fémeket, mint pl.
és
... Tehát például 120 C hőmérsékleten egy 2 vastagságú kadmium lemez
egy év alatt teljesen elpárologhat (kétoldali párolgás esetén).

A legtöbb nem fémes anyag nagyon érzékeny a vákuum változásaira, különösen az erősen illékony összetevőket tartalmazó anyagok. A változásokat súlyosbítja a kemény elektromágneses sugárzás egyidejű (vákuummal) kitettsége és a töltött, főként szoláris eredetű részecskék áramlása. A vákuumban történő párolgás különösen veszélyes a meghatározott rendeltetésű anyagokra, például bizonyos optikai tulajdonságokkal rendelkező bevonatokra, dörzsölő alkatrészek kenőanyagaira (a kenőanyag párolgása fémek hideghegesztését okozhatja), optikai berendezések működésére ( esetenként a keret vagy a napellenző bevonatának vákuumpárolgása, amely a párolgási termékek lerakódása miatt annak zavarossá válik).

Vákuumban a védőgázok, valamint az oxidfilmek eltávolítása következtében jelentősen megnőhet az érintkező felületek közötti súrlódási tényező, és változhat a termikus alkalmazkodási együttható is.
... Tehát az együttható
tiszta volfrámfelületen egy nagyságrenddel kevesebb a hélium
ugyanabból a volfrámból készült, de adszorbeált molekulákkal borított felület esetén. Az űrhajó felületének tisztítása a kemiszorbeált vagy fizikailag szorbeált molekulák rétegétől azután történik, hogy fokozatosan az űrbe kerül külső körülmények hatására, beleértve a beeső gázáram részecskéinek hatásait is, amelyek kinetikai energiája meghaladja az adszorbeált atomok kötési energiáját. és molekulák.

Az űrvákuum okozta következő jelenségek is fontosak: nyomásesésből származó terhelések (az űrhajón belül és kívül); az űrhajó fedélzetén tárolt gázok szivárgása; a kiáramló és kiengedett gázok maximális sebességre történő gyorsítása; felületek túlhűtése a kriogén komponensek légtelenítésekor.

A nyomásesés a térben meglehetősen jelentős. Bármilyen abszolút nyomás zárt térben - tartályok, pilótafülke stb. - valójában felesleges. A belső üregek nyomása tehát megterheli a szerkezetet, ami végső soron tömegköltséget eredményez.

A gázok vákuumban történő szivárgása nemcsak a szerelvények és tömítések legkisebb rései miatt következik be, hanem közvetlenül az azokat körülvevő tartályok falain keresztül is. Tehát például a hélium, amelynek hőmérséklete 600 C és nyomása 60
(
), a rozsdamentes acél cső falán keresztül behatol a környező térbe, ahol a nyomás megmarad
, csőfalvastagsággal
sebességgel
... vegye észre, az
- normál literes, i.e. egy gáz normál körülmények között. A hidrogén szivárgása azonos körülmények között kb
alkalommal, és a nitrogén szivárgása körülbelül háromszor kisebb, mint a hidrogéné. Ez az összehasonlítás nem jelenti azt, hogy a hélium jobban megőrzött, mint más gázok. A helyzet az, hogy a hélium atomok relatív mérete nagyon kicsi, és ennek eredményeként a hélium intenzíven áramlik ki a legkisebb réseken keresztül. A hidrogénben a molekulák mérete nagyobb, a repedéseken keresztül nem folyik ki olyan intenzíven, viszont kémiai aktivitása miatt nagyon erősen diffundál a falakon. A vákuumba áramló gázok nagy sebességre gyorsulnak fel, ezért igen jelentős zavaró erőket hoznak létre, amelyeket orientációval kell kompenzálni.

A kriogén folyékony komponensek légtelenítésekor a szerkezet túlhűtése, különösen a légtelenítő szerelvények és a porózus felületek túlhűtése két okból következik be: egyrészt az ezekből az elemekből származó párolgási hő kivonása, másrészt a kilépő gáz tágulása miatt. folyam. Ez a tágulás időnként olyan intenzív hőelvonással jár, hogy az áramlásban a kilépő komponens gőzének kristályosodási centrumai alakulhatnak ki.

A vákuum szivárgási áramokat, kisüléseket, meghibásodásokat és egyéb nemkívánatos elektrofizikai jelenségeket okozhat az űrhajó elektronikus és elektromos berendezéseinek működése során. A párolgási termékek bejuthatnak a nem szigetelt elektromos áramkörök relatíve hidegebb területeibe, és szivárgási áramot okozhatnak, megzavarva ezzel az elektronikus áramkörök működését.

2) A világűr sugárzási tulajdonságai

Az űr jellegzetessége a sugárzás virtuális hiánya a Nap és a bolygók szilárd látószögén kívül minden irányban. Becslések szerint az űrből egy olyan felületi elemre eső sugárzás fluxussűrűsége, amely orientációja miatt nincs kitéve a Napból és a bolygókból származó sugárzásnak, megközelítőleg egyenlő
... Az ilyen sugárzási fluxussűrűség egy abszolút fekete testre jellemző hőmérséklettel
... Ezért a világűr jellemzésekor a „hideg” tér kifejezést használjuk.

Űrviszonyok között az űrhajó felszíne által kibocsátott sugárzás gyakorlatilag nem tér vissza, még akkor sem, ha ez a sugárzás a közeli bolygó felé kerül ki. Vagyis a világűr ideális elnyelőnek tekinthető, ezért a világűr „feketéről” beszélnek.

3) Súlytalanság.

A súlytalanság az anyagi test olyan állapota, amelyben a rá ható külső erők nem okozzák a részecskék egymásra gyakorolt ​​kölcsönös nyomását. A súlytalanság akkor keletkezik, amikor a testek szabadon mozognak csak a gravitációs erők mezejében.

A súlytalanság számos fizikai és biológiai problémát vet fel. Tehát az űrrepülések szervezése során felmerülő egyik fizikai probléma a folyékony, de különösen a kriogén komponenseken működő meghajtórendszerek működőképességének és különösen az indításának problémája. A helyzet az, hogy nulla gravitáció esetén a folyékony üzemanyag komponensei tetszőleges pozíciót foglalhatnak el a szívóhoz képest, és a motor indításának szükséges feltétele a folyékony komponens folytonossága a motor bemeneténél. Hasonló probléma merül fel azzal kapcsolatban, hogy számos életfenntartó egységben és üzemanyagcellában el kell választani a folyadék- és gázfázisokat.

A súlytalanságba való átmenet a hőcsere feltételeinek és mechanizmusának megváltozásával jár együtt folyadék és gáz, mint hőhordozó közeg részvételével. Anélkül, hogy figyelembe vennénk a súlytalanságnak a gázzal és folyadékkal megtöltött űrhajók rekeszeiben és berendezéseiben végbemenő fizikai folyamatokra gyakorolt ​​hatásának minden aspektusát (a hűtőfolyadékok hidrodinamikájára és hidrosztatikájára, a kondenzációs és párolgási folyamatokra gyakorolt ​​hatását), érintsük meg csak az űrrepülési körülmények között a természetes (gravitációs) konvekció hiányával kapcsolatos legfontosabb kérdésben, míg földi körülmények között leggyakrabban gravitációs konvekció megy végbe, és jelentős szerepet játszik a gázon vagy folyékony közegen keresztül történő energiaátvitelben, és ezért , a formációban hőviszonyok gázzal vagy folyadékkal töltött térfogat vagy rekesz elemei. Ennek a kérdésnek a jelentősége abból adódik, hogy az űrhajó termikus rezsimjére vonatkozó földi kísérleti vizsgálatok eredményei a természetes konvekció hatására bizonyos esetekben jelentősen eltérhetnek az űrhajó termikus rezsimjétől. normál működési feltételek.

A súlytalanság során felmerülő problémák nagy csoportja az élő szervezetekre és mindenekelőtt az emberre gyakorolt ​​biológiai hatásával kapcsolatos. Nulla gravitáció esetén az ember központi idegrendszere és számos elemző rendszer (vestibularis készülék, izomrendszer, erek stb.) receptorai szokatlan működési körülmények között vannak. Ezért a súlytalanságot az emberi testre ható sajátos ingernek tekintik a teljes űrrepülés során.

4) A Nap elektromágneses és korpuszkuláris sugárzása.

Űrlap indítása

Úgy gondolják, hogy a napenergia fő forrása az úgynevezett proton - egy protonmagreakció, amelyben egy héliumatom képződik 4 hidrogénatomból. A nukleáris reakciók központi szupersűrűségben és erősen felhevített (kb
) a Nap középpontjától odáig terjedő részének
a sugara ... Ebben a zónában elektromágneses sugárzás keletkezik a formában - nagy energiák mennyisége. Ezek A kvantumokat a gáz azon részének atomjai nyelték el, amely közelebb van a felszínhez, és ahol a nukleáris reakciók az alacsonyabb hőmérséklet és nyomás miatt lehetetlenek. Ahogy a felszínre kerül, az abszorpciós és sugárzási folyamatok ismétlődő ismétlődése következtében átalakulás történik. - kvantumokat röntgen, ultraibolya, látható és infravörös sugárzás kvantumává. Úgy gondolják, hogy ez az úgynevezett sugárzási egyensúlyi zónában történik (
). A Nap felszínétől a sugárzási egyensúlyi zónáig egy konvektív zóna terjed ki, amelyben az energia konvekció útján történik. A Nap látható felülete, az úgynevezett fotoszféra a Nap elektromágneses sugárzásának szinte teljes energiáját bocsátja ki, amely hozzánk érkezik. A fotoszférából kilépő sugárzás fluxussűrűsége kb
, ami a sugárzási hőmérsékletnek felel meg
.

A fotoszféra felett található a szoláris légkör, melynek külső része, az úgynevezett korona egy rendkívül ritka plazmából áll, amelynek hőmérséklete megközelíti az egymillió fokot. Bár a korona teljes sugárzása körülbelül egymilliószor kisebb, mint a Nap teljes sugárzása, intenzív kemény ultraibolya és röntgensugárzás forrása. A fotoszféra és a légkör sugárzása az ún. naptevékenység miatt idővel változik.

A Föld pályáján a Nap irányára merőleges területre eső napsugárzás fluxusának sűrűsége (napállandó ) a Föld keringésének ellipticitása miatti változások az 1350 és 1440 közötti tartományban
... A Nap szögátmérője a Földről megfigyelve kb
.

A spektrális intenzitás függése ( ) vagy spektrális sűrűség ( ) a Nap elektromágneses sugárzásának sugárzási hullámhosszából ( ) nagyon összetett és változó karakterű, attól függően, hogy a Nap fotoszférájában és atmoszférájában milyen különböző jelenségek vannak jelen. Az 1. ábra grafikon formájában mutatja be a napsugárzási fluxus spektrális sűrűsége relatív értékének függését a ... Abszolút áramértékek e mennyiség maximális értékére hivatkozott, amely időpontban történik
... Ugyanezen az ábrán a szaggatott 2. görbe formájában hasonló függést mutatunk be egy abszolút fekete testre hőmérséklettel.
megegyezik a nap sugárzási hőmérsékletével. A második görbére a relatív érték függésének skálája Az ordináta tengely mentén az integrálok egyenlőségének feltétele alapján választjuk ki az első és a második görbére. Az 1. és 2. görbét összehasonlítva megállapíthatjuk, hogy a látható (0,38 - 0,75)
valamint a Nap és a fekete test spektrumának infravörös részei alig különböznek egymástól.

V
a spektrum ultraibolya tartományában jelentős különbségek figyelhetők meg. Annak ellenére, hogy a Nap elektromágneses sugárzásának energiájának nagy része a spektrum hosszú hullámhosszú részében koncentrálódik (
), rövidhullámú része (
) külön figyelmet érdemel, mert A rövidhullámú sugárzás (ultraibolya- és röntgensugárzás) az egyik oka annak, hogy a külső űrjárművek bevonatai leépülnek, és ennek következtében megváltoznak sugárzás-optikai tulajdonságaik.

Meg kell jegyezni, hogy a naptevékenység gyakorlatilag nem változtatja meg a spektrum jobb oldali tartományát
... A röntgenspektrum jelentősen megváltozik a napkitörések során. A sugárzás keményebbé válik, a fotonok sűrűsége a
két nagyságrenddel növekszik. Teljes sugárzási intenzitás -val
több mint kétszerese.

Az elektromágneses sugárzás mellett a Nap folyamatosan töltött részecskéket bocsát ki, amelyek főleg hidrogén-, hélium- és elektronionok. Ezeket a patakokat "napszélnek" nevezik. Ezeknek a részecskéknek a geomágneses mezővel való kölcsönhatása következtében lökéshullám keletkezik. A lökéshullám mögött a „napszél” töltött részecskéit befogja a Föld mágneses tere, ami csapdába esett sugárzási zónák kialakulásához vezet.

Az űrhajó felületére beeső és általa változó mértékben elnyelt napsugárzás fluxusa, az együttható értékétől függően - abszorpciós képesség, kettős hatást fejthet ki erre a felületre: közvetlen termikus és közvetett, ami idővel a felület sugárzási-optikai jellemzőinek esetleges megváltozása formájában nyilvánul meg. Ezekben a jellemzőkben bekövetkező változások az anyagok úgynevezett sugárzási károsodásának a következményei, amelyek főként ionizáció, elektronikus gerjesztés, anyag atomjainak elmozdulása, a molekulákban lévő kémiai kötések disszociációja a nagy energiájú fotonok abszorpciója során, valamint kölcsönhatás következtében lépnek fel. nap- és galaktikus eredetű nagy energiájú töltött részecskék.

5) A bolygókról származó sugárzás

A bolygókról kiáramló elektromágneses (hő) sugárzás feltételesen két komponensre osztható: a visszavert napsugárzásra és a belső infravörös sugárzásra, amelynek forrása a földi bolygók esetében főként az elnyelt napsugárzás.

A bolygókról visszaverődő napsugárzás sűrűsége, intenzitásának szögeloszlása ​​és spektrális összetétele számos tényezőtől függ: a bolygó légkörének összetételétől és fizikai jellemzőitől, ha van ilyen, az alatta lévő felszín természetétől és makrodomborzatának jellemzőitől, ill. a Nap zenitszöge. A reflexiós folyamat nagyon összetett, különösen, ha a bolygónak van légköre. Így a Föld visszavert sugárzása a levegőmolekulákon többszöri visszaszórás, a felhőkben lévő vízcseppek és az aeroszol részecskék, valamint a szilárd és vízfelületekről való visszaverődés eredményeként jön létre. A bolygó egészének, felszíne egyes szakaszainak, illetve egyes esetekben a visszaverő rendszer egyes összetevőinek tükrözőképességének jellemzésére az albedó fogalmát használjuk, amely a visszavert sugárzás hányadát jellemzi a beesőhöz viszonyítva. adott felület. Amikor a bolygó egészének tükrözőképességéről beszélünk, akkor a gömb alakú (globális) albedóról beszélünk (
). A bolygó felszínének egy szakaszának tükrözőképességét egy lokális albedó ( ).

A bolygókról visszavert napsugárzás spektruma bizonyos mértékig átalakul a bolygó légkörének szelektív sugárzáselnyelése, ha van ilyen, valamint a sugárzás kölcsönhatása a mögöttes felülettel, amely általában nem szürke.

Reflexiós indikátor, azaz. a visszavert sugárzás relatív intenzitásának vagy irányerősségének az iránytól való függését jellemző függvény a Nap zenitszögének különböző értékeinél időben és földrajzi koordinátákban is erősen változó. De összességében, amint azt a számítások és megfigyelések mutatják, ez az indikátor kielégítő pontossággal diffúznak tekinthető.

A bolygókról kilépő saját sugárzás kialakulásának mechanizmusa rendkívül összetett (különösen a Föld esetében), és a sugárzás abszorpciós, emissziós, visszaverődési és szórási folyamatai, de a komplex hőátadás folyamatának sajátosságai is meghatározzák. folyamatok (sugárzó, konvektív és vezetőképes – összességében) olyan makrorendszerekben, amelyekben a felszín és az atmoszféra, ha vannak ilyen elemei. Az alatta lévő felszíni - légköri rendszer sugárzási jellemzőinek jelentős bizonytalansága, koordinátákban és időben lokális változékonysága a Föld saját infravörös sugárzásának egyszerűsített modelljének alkalmazását készteti az űrbe történő külső hőátadás számítása és kísérleti modellezése során. űrhajó. A sugárzó rendszer elemeinek sugárzási-optikai jellemzőinek felületi és időbeli átlagolásán alapuló modell. Az átlagolás azon a feltételezésen alapul, hogy a bolygó hőegyensúlya nulla. Feltételezzük, hogy a Föld vagy a Vénusz által elnyelt napsugárzás ezután teljesen újra kibocsátódik az infravörösben

Az elnyelt energiahatékony gömbfelületnek megfelelően egyenletesen melegített spektrális tartomány, amely a légkör optikailag aktív rétegének külső határa. Ezzel a feltételezéssel összhangban a félgömb alakú területsűrűség a Föld és a Vénusz saját sugárzásának fluxusát a következő egyszerű összefüggés határozza meg:
... Ha például a Földre vesszük
, azután
, ami a felületi sugárzás hőmérsékletének felel meg
... Egy ilyen modell keretein belül feltételezzük a sugárzás diffúz jellegét, vagyis a félgömb testszögen belüli függetlenségét a Föld saját sugárzásának intenzitását az iránytól. Bolygónk, valamint a Naprendszer más bolygóinak és aszteroidáinak saját sugárzásának energiájának spektrális eloszlása ​​megegyezik egy teljesen fekete testével, amelynek hőmérséklete megegyezik a Naprendszer sugárzási hőmérsékletével. bolygó.

6) Mikrometeorzáporok és az űrhajók saját kibocsátása

Nagyszámú meteor mozog a világűrben - szilárd testek átmérője több tíz kilométertől tizedmikrométerig terjed. Minél kisebb a tömeg, annál több a meteortestek száma.
(körülbelül fordítottan arányos
). A meteorok két osztályba sorolhatók: meteorrajok (rajok) és szórványos meteorok, amelyek nem tartoznak a meteorrajokhoz. A Naprendszer egyes meteorrajainak pályája és mozgási paraméterei ismertek. A velük való találkozás megjósolható. Szórványos folyamoknál a találkozások véletlenszerűek. Szerkezeti károsodás, például egy túlnyomásos tartály héjának letörése, tömeges meteorokkal való ütközés esetén fordulhat elő.
... Megállapították, hogy az ilyen meteorokkal való ütközés valószínűsége kicsi, ha a szórványosok osztályába tartoznak. Egy nagyságrenddel, de akár több nagyságrenddel is megnő a meghibásodás valószínűsége egy meteorraj becsapódásakor. Kisebb súlyú részecskék, mint
(meteorikus por) nem jelentenek közvetlen veszélyt az űrhajó létfontosságú alkatrészeire, de az anyagok felületi erózióját okozzák, és a legintenzívebb erózió a tömegszemcsékkel való kölcsönhatás során lép fel.
, melynek folyása elég nagy. Az erózió hatására a polírozott és tükrös felületek zavarossá válnak, részben diffúz tulajdonságokat kapva, visszaverőképességük csökken, az optikai anyagok is zavarossá válnak, átviteli kapacitásuk csökken.

Számos esetben a hőszabályozó bevonatok és az optika jellemzőit befolyásoló fontos tényező az űrjármű kiürítéséből adódó saját emissziója, szerkezeti elemeinek kioltása, sugárhajtóművek égéstermék-kibocsátása, különböző szelepek munkaanyag-kibocsátása. fedélzeti rendszerek, párologtató hőcserélők stb. Ez a tényező alacsony környezeti nyomás mellett nyilvánul meg, és az űrhajó felületeinek úgynevezett szennyeződéséhez vezet. Az űrszonda által kibocsátott gáznemű anyagok a környező térben szétszóródva ütközhetnek egymással és a környezeti gáz részecskéivel, és ismét az űrhajó felületére esve leülepedhetnek. A lerakódás legvalószínűbb a hideg felületeken, különösen azokon, ahol a hőmérséklet kriogén. A felületi szennyeződés hatását súlyosbítja az egyidejűleg erős elektromágneses és ultraibolya sugárzás. Ennek a sugárzásnak a hatására, valamint a napenergiából származó töltött részecskék hatására a kiülepedett termékekben olyan kémiai reakciók mennek végbe, amelyek megakadályozzák a leülepedett részecskék elpárolgását, és az űrjárművek felületeinek sugárzási-optikai tulajdonságainak megváltozásához vezetnek. .

Az űrhajó vagy egy részének lassulása és süllyedése (CA) a bolygók légkörében.

Az űrhajó nagy kezdeti sebességgel lép be a légkörbe. Az aerodinamikai légellenállási erők lelassítják az űrhajót leszállás közben, és sebessége kis (szubszonikus) értékre csökken. A légkör fékezési tulajdonságaitól függően a fékezési folyamatot az űrjármű bizonyos jellemzői befolyásolják, amelyek közül a fő az aerodinamikai minőség és az elülső felület terhelése, pl. az űrhajó tömege a középső részének területére vonatkozott. A Föld légkörében leereszkedve a homlokfelület terhelése jelentéktelen, mert még a nulla aerodinamikai minőséggel rendelkező és az elülső felületet nagy terhelésű űrhajókat is alacsony szubszonikus sebességre lassítják. A Mars ritka atmoszférájában, gyenge fékezési tulajdonságokkal, csak a viszonylag kis terhelésű járművek képesek szubszonikus sebességre kioltani a kezdeti sebességet. A légköri lassulás intenzitását a legénység, a műszerek vagy az űrhajó szerkezetének megengedett túlterhelése korlátozza.

A légkörben a süllyedési pálya jellegét elsősorban az űrhajó aerodinamikai jellemzői, valamint a mozgás kezdeti feltételei és a légkör paraméterei határozzák meg. Ha az űrhajónak nincs emelőereje, akkor ballisztikus süllyedést hajt végre. A ballisztikus pálya típusát teljes mértékben meghatározzák a sűrű légkörbe való belépés kezdeti feltételei, és mindenekelőtt a belépési szög. A ballisztikus süllyedés nagy G-erőkhöz kapcsolódik. Ilyen süllyedést alkalmaztak az első emberes űrrepülés során. Ha a CA még alacsony aerodinamikai minőséggel is rendelkezik (
), akkor a túlterhelések jelentős csökkenése jellemzi a ballisztikus süllyedéshez képest. Az aerodinamikai minőség a CA felületén a külső hőterhelés időbeli eloszlásának jellegének kialakításában is felhasználható, ami alapvető lehetőséget nyit a hővédelem tömegének minimalizálására. Lehetőség van siklós ereszkedésre is, melynek jellegzetessége a mozgási pálya szabályozása az aerodinamikai emelőerő segítségével.

Függetlenül attól, hogy melyik süllyedési módszert valósítják meg, amikor az űrhajó a légkör sűrű rétegeibe kerül, előtte lökéshullám képződik, amely a felszínétől eltávozó, a felületével közel azonos távolságra lévő frontális pont közelében marad. Az SA-ra beeső gázáram, amely áthalad a lökésfronton, lelassul és élesen megváltoztatja paramétereit: nyomás, sűrűség, hőmérséklet, kémiai összetétel. A gáz hőmérséklete és sűrűsége tízszeresére nő a zavartalan gázáramlás hőmérsékletéhez és sűrűségéhez képest. És a nyomás százszorosára nő.

Fizikai szempontból a paraméterek pillanatnyi ugrásszerű változása lökéshullámon való áthaladáskor csak a folyamatos állapotváltozás gyors lefolyású folyamatának idealizált sémájának tekinthető. A lassítás során az űreszköz szinte teljes kinetikus energiáját a lökéshullám mögötti levegő felmelegítésére fordítják, és hőenergia formájában csak egy kis részét (legfeljebb 1%) fordítják a fűtésre és a hővédelem elszállítására. Az űrhajó felületére belépő hőáramok sűrűsége a süllyedési pályától függ. Meredek pályákkal nagy sűrűségű áramlásokat biztosítanak. A siklóereszkedésre jellemző sekély pályákon a hőáram-sűrűség kisebb, bár a süllyedési idő növekedése miatt nő az űrhajó felületére szállított összes hőenergia.

Az előadás témája: Statikai és vibrációs vizsgálatok

Az űrjármű működése során (a starthelyen, a kilövés helyén, az űrrepülés során, a Föld légkörébe való leszálláskor vagy más bolygókra való leszálláskor) külső mechanikai terhelésnek van kitéve. Ha figyelembe vesszük a külső erőterhelések hatását abból a szempontból, hogy milyen hatással vannak az űrhajó szerkezetének részeinek feszültség-nyúlási állapotára és a megfelelő belső erők értékeire, amelyek meghatározzák az űrhajó részeinek erőhatását. a szerkezet egymás között, akkor az eloszlás jellege szerint minden terhelés felosztható felületi és térfogati (tömeg) terhelésre. ... A felületi terhelések a szerkezeti elemek felületén oszlanak el, és nyomással vagy az eredő erő értékével jellemezhetők. A tömegterhelések megoszlanak a szerkezeti elemek térfogatán, és arányosak az anyag sűrűségével. A tömegterhelési értékeket túlterhelési tényező jellemzi. Az egyes elemek, sőt az űrhajó szerkezetének részei tömeges (tehetetlenségi) terheléseinek fő forrása a rezgés (általános vagy lokális rezgő jellegű gyorsulás).

Minden külső felületi terhelés kvázistatikus, időben lassan változó, statikusnak és dinamikusnak nevezett részre van osztva, amelyek az űrhajó szerkezetének rugalmas rezgéseit okozzák. A külső felületi erők dinamikus hatásának hatása (amely a rugalmas rezgések gerjesztésében nyilvánul meg) főként magának a készüléknek a dinamikus jellemzőitől függ. Ezért általában a külső terhelések meghatározott osztályozásának kritériumaként a szerkezet egésze vagy részei és elemei szabad rugalmas rezgésének periódusát (vagy frekvenciáját) választják. Ha a külső felületi terhelések változási ideje hosszú a vizsgált szerkezet szabad rugalmas rezgéseinek periódusához képest, akkor ezeket a terheléseket statikusnak vagy kvázi statikusnak tekintjük. Ha a külső felületi terhelések változási ideje kicsi a szabad rugalmas rezgések periódusához képest, akkor a terhelések dinamikusnak minősülnek. Tehát ugyanaz külső terhelés egyes struktúrák esetében kvázi statikusnak tekinthető, mások esetében pedig dinamikusnak.

Statikus tesztek

A statikus vizsgálatok során a felületi terhelések reprodukálására ismert módszerek a legtöbb esetben azon alapulnak, hogy a szerkezetre természetes körülmények között ható megosztott erőket elemi koncentrált erőrendszerrel helyettesítik. Az ilyen erőket karrendszerek segítségével vászonhevederekkel továbbítják a vizsgált szerkezet héjaihoz, amelyek mindegyike több tucat elemi koncentrált erőt kombinálhat. Az emelőkaros rendszerekre irányuló erőfeszítéseket az úgynevezett rakodók adják át, vannak rakodó-, csigás rakodógépek, valamint pneumatikus vagy hidraulikus hengeres rakodók. Azokban az esetekben, amikor a teljesítmény és a hőterhelés egyidejű hatásának vizsgálatának tárgya az űrhajó hővédő elemei, vákuumrendszereket - úgynevezett vákuum-szívókorongokat - alkalmazok, amelyek lehetővé teszik a szerkezet felületén elosztott terhelések létrehozását, vagy túlnyomásos energiaellátó rendszerek - gumizsákok.

Rezgésvizsgálat

Az űrhajó vibrációja - szerkezetének egyes elemeinek vibrációs mozgása. A rezgés fő forrása a működő motorok - fenntartó és helyzetszabályozó motorok. Az egyes elemek rezgései a csővezetékekben lévő tüzelőanyag-komponensek lüktetése miatt is előfordulhatnak. A vibrációnak más okai is lehetnek. A vibráció az űrhajó szerkezeti elemeinek kifáradási károsodását, a műszerek és berendezések mechanikai károsodását, valamint az űrhajó rekeszeinek szivárgását okozhatja.

A rezgésvizsgálatok célja és céljai

A vibrációs tesztek célja az űrhajó rezgésterhelés melletti teljesítményének felmérése.

A tesztek fő feladatai:

Az űrhajó szerkezetének szilárdságának ellenőrzése kísérletileg azonosított vagy számított rezgésterhelések mellett, a tényleges biztonsági határok meghatározása.

A dinamikai együtthatók meghatározása az alkatrészegységek csatlakozási pontjaiban.

Az egyes szerkezeti elemek és az űrhajó egészének sajátfrekvenciájának és rezgésmódjának meghatározása.

A csillapítási együtthatók meghatározása az egyes egységekre és az űrjárművek egészére.

Az alkatrészegységek teljesítményének értékelése, beleértve a működő egységeket és a kinematikai egységeket is, vibrációs terhelésnek való kitettség után.

Az alkatrészegységek rezgésállóságának ellenőrzése.

Az űrjárművek jellemzőinek meghatározása és értékelése rezgésgyorsulásnak való kitettség alatt és után, valamint a fedélzeti berendezések működése által keltett dinamikus zavarok esetén.

Az űrjárművek jellemzőinek meghatározása a szállítási feltételek szimulálásakor.

A rezgésvizsgálatok során biztosítani kell:

Rezgésfrekvencia tartomány a vizsgált objektum ellenőrzési pontjain (legalacsonyabb - 0 - 2 Hz, magas - 500 - 2000 Hz);

A teszt szükséges időtartama, amelyet a termék teszt erőforrása korlátoz (több tíz másodperctől több óráig);

A rendszer beállítása egy adott üzemmódra beállított időpontban (5 - 30 s);

A reprodukálás pontossága és a megadott spektrális jellemzők fenntartása a vizsgálatok során.

A vizsgálatok során rövid időn belül szükséges a rezgések meghatározott spektrális jellemzőinek széles frekvenciatartományban és kellően nagy pontosságú reprodukálása. Ennek a problémának a megoldása az egydimenziós és különösen a többdimenziós rendszerek esetében lehetetlen automatizált rezgésvizsgáló rendszerek alkalmazása nélkül.

A tesztobjektum követelményei.

A tesztelt termékkel szemben számos követelmény támasztja alá:

A terméket az űrhajó munkarajzai szerint gyártják, amelyekkel geometriailag, mechanikailag, elektromosan stb. azonosnak kell lennie;

Tömeg, központosítás és tehetetlenségi nyomatékok
a termékeket kísérleti úton kell meghatározni az egyes űrhajók tesztelése előtt;

A termék egyes elemeinek tömeg- és méretmodellekkel való cseréje csak akkor megengedett, ha ez nem befolyásolja a szerkezet szilárdságát és teljesítményét;

Szükséges esetekben biztosítani kell a vizsgált termékek tömítettségét;

A vizsgált termék berendezéseit a főbb paraméterek mérésével ellenőrzik autonóm és komplex működésre;

Az űrhajó mechanizmusaiban és összeállításaiban használt alkatrészeknek és munkaanyagoknak pontosan meg kell felelniük a rajzoknak, indokolatlan cserék a vizsgálati szakaszban nem megengedettek;

A termékre a rögzítésre vagy terhelésre felszerelt speciális egységek nem változtathatják meg a szerkezet szilárdságát és merevségét, nem akadályozhatják meg annak deformációját a vizsgálat során;

A termékre fel vannak szerelve a jelátalakítók, amelyek a paraméterek rögzítéséhez szükségesek.

Elméletileg lehetséges a teljes űrhajószerkezet tesztelése, azonban a legtöbb esetben a teszteket a termék különálló részein, szerelvényein végzik el. Ennek főként a következő három oka van: 1) Az űrhajó különböző alkatrészeihez és szerelvényeihez különböző terhelési eseteket számítanak ki. Ezért az alkatrészek és szerelvények különálló tesztelésével (egységtesztek) lehetővé válik az űrhajó szerkezetének legtöbb alkatrészének és szerelvényének tervezési terhelési körülményei között a szilárdság ellenőrzése a termék egy példányával. 2) A készülék egészének tesztelése nagy technikai nehézségekkel jár. 3) A készülékkel végzett ismételt kísérlet nem ad megbízható információt a készülék szilárdságáról és merevségéről az első kísérlet során fellépő maradó alakváltozások miatt.

Az egységtesztek a készülékrendszerben és önállóan is elvégezhetők. Ez utóbbi esetben az egységeket tesztelésre olyan adapterekkel együtt kell szállítani, amelyek célja, hogy szimulálják az általuk helyettesített kialakítást.

C talajrezgés-vizsgálatok elvégzésének eszközei.

Az űrhajók és egyedi töredékeik rezgésvizsgálatát speciális berendezésekkel végzik. Ez a berendezés a következőket tartalmazza:

Mechanikai igénybevételt szimuláló állványok;

Eszközök az űrhajónak vagy elemeinek vizsgálati létesítményekhez való rögzítésére;

Rezgési paraméterek mérésére szolgáló műszerek.

A vibrációs állványok osztályozhatók a cél, a kialakítás, a keltett rezgések típusa és iránya, az alkatrészek száma és a rezgésmód, a gerjesztő működési elve, a dinamikus áramkör és a rezgésgerjesztőben lévő változó erejű gerjesztés elve szerint.

Ha a lengésgerjesztőben változó erejű gerjesztés elve szerint osztályozzuk a vibrációs állványokat (az energiahajtás típusa szerint), akkor a következő típusú rezgésállványokat különböztetjük meg: mechanikus, elektrohidraulikus, piezoelektromos, elektromágneses, rezonáns, pneumatikus. , magnetostrikciós, elektrodinamikus.

Mechanikus rázógépek -általában a következő típusú rezgésgerjesztőkkel hajtják végre: centrifugális, excenter, hajtókar, billenő és inga. ábrán. Az 1. ábra egy excenteres rezgésgerjesztővel ellátott mechanikus rázó diagramját mutatja. Ezen az ábrán - excenteres hajtású gerjesztő; - kórokozó a reaktív tömeg rugalmas elemeivel.

Az excenteres gerjesztővel ellátott állvány lenyűgöz az egyszerűségével, de a csapágyak erős kopása miatt az e séma szerint készült állványokat 50-et meg nem haladó frekvenciákon használják.
60.

A
A rezgés amplitúdóját az excentricitás, a frekvencia - a motor fordulatszámának változtatásával - szabályozzuk. Az ilyen állványok fő előnye a nagyon alacsony frekvenciák elérése, a frekvenciától való amplitúdófüggetlenség és a gazdaságosság. Hátránya, hogy nem lehet magas frekvenciákat és kis amplitúdókat (0,1-nél kisebb) elérni
) A csapágyak tehermentesítéséhez használja

excentrikus állványok, beleértve a rugalmas elemeket és a reaktív tömeget (lásd. ). A 2 reaktív tömeg az alapra ható vibrációs erők szabályozására szolgál. Az 1-es rugók alapvetőek. Az 5 rugalmas elemen keresztül a rezgések a 6 excenterről a 3 platformra jutnak. A 4 rugók arra szolgálnak, hogy a rázógép elemeit összekapcsolják az alappal. A munkarugók hosszának változtatásával szabályozható a platform vibrációs amplitúdója. A mechanikus rázók fő előnye, hogy bizonyos pontossággal biztosítják a rezgés amplitúdójának állandóságát a frekvenciákig terjedő frekvenciákon.
Hz. Az ipari lelátók teherbírása elérheti az 1000 értéket is
... Minden mechanikus állvány alacsony frekvenciájú. A frekvenciát az átviteli kapcsolatok erőssége korlátozza. Az a tény, hogy az ilyen állványok többkapcsolatos mechanizmusa nagyszámú rezonanciafrekvenciával rendelkezik, amelyek befolyásolják az objektumok tesztelési módját.

Elektrohidraulikus rázógépek

Az elektrohidraulikus rázógépek következő jellemző tulajdonságai figyelhetők meg: nagy változó erők létrehozásának képessége (több mint

) és tesztelés 100-ig terjedő frekvencián
, és bizonyos esetekben - 500-ig terjedő frekvencián
; nagy elmozdulási amplitúdók elérésének lehetősége alacsony frekvencián végzett teszteléskor.

A meghajtó mechanizmus típusától függően az állványok megkülönböztethetők:

Hidromechanikus gerjesztéssel;

Hidroelektromágneses gerjesztéssel;

Hidroelektrodinamikai gerjesztéssel.

A legfejlettebb állványok a hidroelektrodinamikai rezgésgerjesztésűek, amelyekben egy elektrodinamikus gerjesztő hajtja meg a vezérlőrendszer orsóját vagy szelepét, amely megváltoztatja a nyomást a fő hidraulikus rendszerben. A folyadékban végbemenő összetett dinamikus folyamatok hatása azonban megnehezíti egy adott rezgéstörvény elérését. A többlépcsős megerősítés lehetővé teszi, hogy az állványasztalra ható erőket akár

... A frekvenciatartomány felső határát a folyadék dinamikus tulajdonságai korlátozzák, és 200-300
.

Piezoelektromos rázógépek

A piezoelektromos vibrációs gerjesztésű próbapadok elsősorban precíziós műszerek tesztelésére szolgálnak, amikor a szükséges rezgési frekvencia meghaladja a 10-et.
, az elmozdulás amplitúdója a mikrométer töredéke, és a rezgéseket gerjesztő erő nagysága nem haladja meg a Newton egységeket. Az ilyen állványok munkája a piezokristály azon képességén alapul, hogy deformálódjon a rákapcsolt elektromos feszültség hatására. Ha a külső elektromos térerősség vektor irányát az ellenkezőjére változtatjuk, akkor a kompressziós deformációt húzó alakváltozásra változtatjuk, vagy fordítva. Ha az elektromos térerősség a szinuszos törvény szerint változik, akkor az alakváltozás is a szinuszos törvény szerint történik. Az ilyen állványok frekvenciatartománya 1-20
.

Elektromágneses vibrációs asztal.

Az ilyen állvány működése az elasztikus alapra szerelt elektromágnes és az állvány mozgatható rendszerének kölcsönhatásán alapul, amely egy tesztelemet tartalmazó asztalból és rugalmas elemekből áll, amelyek hosszuk változtatásával lehetővé teszik a rezonanciára hangolást.

Az elektromágneses gerjesztésű vibrációs asztalok a következő tulajdonságokkal rendelkeznek:

A teszteket rögzített 50 és 100 frekvenciákon végzik
, de egyes állványtervekben 15 és 500 között változó frekvenciájú tesztek is lehetségesek
;

Jelentős nagyságú kényszerítő erők realizálása lehetséges (akár
);

Az állvány mechanikus részének utánállításával rezonancia üzemmódban is lehet teszteket végezni;

Gyakorlatilag nincs mágneses tér azon a területen, ahol a vizsgálandó tárgy található;

Az állvány kialakítása és vezérlési rendszere viszonylag egyszerű.

Pneumatikus rázógépek- az ipari pneumatikus rendszerekből származó sűrített levegő energiáját nyomással felhasználni

... Az állvány kialakításában megvalósított rezgésgerjesztő kapcsolási rajzától függően 15 tartományban lehet frekvenciákat szerezni.
800-ig
az amplitúdók és erők sokféle változásával.

Rezonáns (hangvilla) vibrációs táblázatok- nagy gyorsulási értékek elérésére szolgálnak. A rezonáns oszcillációs gerjesztők nyalábok vagy hangvillák, amelyek rezonanciafrekvenciájú oszcillációit speciális elektromágneses eszköz támogatja. Mindegyik hangvillának megvan a maga frekvenciája. A hangvillalábak végeihez szimmetrikusan azonos vizsgálati tárgyak vannak rögzítve, amelyek a véggerjesztő rendszer mágneses terében helyezkednek el.

Elektrodinamikus rázógépek- olyan esetekben használják, amikor a következő feltételeket kell biztosítani a vibrációs vizsgálatok során:

a hajtóerő nagy amplitúdója;

széles frekvenciatartomány;

különböző típusú rezgések reprodukálása (harmonikus, véletlenszerű, adott program szerint);

a generált rezgés szigorú irányultsága;

a rezgés irányának megváltoztatásának képessége;

gyenge mágneses mezők a vizsgálati területen;

alacsony nemlineáris torzítási együttható.

Az elektrodinamikus vibrációs állvány tipikus diagramja az ábrán látható. 2.

Az elektrodinamikus rezgésgerjesztő működési elve egyszerű, és a következőkből áll: A 3 elektromágnes esetében keret nélküli 2 mágnesező tekercs van elhelyezve. A 3 elektromágnes háza és a 7 gyűrű alkotja a vibrátor mágneses áramkörét. . Egyenáramot vezetnek át az előfeszítő tekercsen. Egyenárammal táplált álló elektromágnessel koaxiálisan van egy mozgó 8 tekercs, amelyet egy fő oszcillátor váltakozó árammal lát el. A mozgó tekercs az álló elektromágnes központi üreges részén áthaladó 6 rúdhoz csatlakozik. A rúd mozgótekerccsel szemközti végén egy 5-ös asztal található egy 4-es próbatárggyal. Állandó és váltakozó mágneses mezők kölcsönhatása következtében váltakozó erő keletkezik, amely az egész mozgó rendszert (mozgó tekercs, rúd, asztal, tárgy) ennek az erősségnek az irányának megfelelően oszcillálni. Ha szinuszos áramot vezetünk át a mozgó tekercs tekercsén, akkor a vibrátorasztal rezgései szinuszos alakúak lesznek. A táblázat oszcillációs frekvenciáját a mozgó tekercsben lévő áram frekvenciája határozza meg.

Az előadás témája: Tehetetlenségi és lökéshatástesztek

Az űrjármű szerkezeti elemeire és rendszereire ható tehetetlenségi terhelések akkor keletkeznek, amikor az űreszköz gyorsulással mozog. A tehetetlenségi terhelések nagysága a túlterhelések nagyságától és irányától függ. Túlterhelések akkor fordulnak elő, amikor az űreszközt a repülési pályára helyezik, manőverezéskor, fékezéskor, valamint a Földre vagy más égitestekre való leszálláskor. Az indítóhelyen fellépő túlterhelések kicsik és nem haladják meg
... Azonban az űrhajó ballisztikus lassítása során a légkör sűrű rétegeiben, különösen azokban az esetekben, amikor az űrhajó belépési szöge nagyobb a légkörbe.
, a túlterhelések meredeken növekednek és elérhetik
.

Az űrjárművek és rendszereik tesztelésekor a tehetetlenségi terheléseket úgy modellezik, hogy azok kellően pontosan megfeleljenek az űrjárművek normál működése körüli terheléseknek. Gyakorlatilag lehetetlen azonban az űrhajó üzemi körülményeinek teljes újrateremtése a padon lévő berendezéseken, már csak a gravitációs erők vizsgálati tárgyra gyakorolt ​​hatása miatt, amelyek hatásiránya legtöbbször nem egyezik meg a túlterhelés hatásirányával. pad körülmények között jött létre.

Ezért csak a valós feltételekhez való kisebb-nagyobb közelítésről beszélhetünk.

A fő vizsgálati létesítmények centrifugális állványok. Az üzemi feltételekhez minél közelebbi terhelési feltételek elérése érdekében a következő módszereket alkalmazzuk centrifugális állványokon: 1) a dinamikus berendezés forgási frekvenciájának megváltoztatása a vizsgált objektummal; 2) a vizsgált objektum elforgatása dinamikus telepítésen; 3) egy objektum lineáris mozgása egy vagy több térbeli tengely mentén dinamikus installáción.

Az alábbi 1. ábra egy centrifugális állvány diagramját mutatja.

1. ábra
A centrifugális próbapad fő szerkezeti elemei a villanymotor, 1. sebességváltó, 2. forgórész, 3. előlap, 4. kocsi, 5. emelvény, 6. tesztobjektum. A motor tengelyének forgása a sebességváltón keresztül a forgórészre, amelyen az előlap található. telepítve van. Az előlap a függőleges tengely körül forog. A kocsi az előlap mentén mozoghat. A platform egy gömb alakú tartóval rendelkezik, amely lehetővé teszi, hogy egy tetszőleges tengely körül forogjon, amely áthalad a tartó közepén. Ennek köszönhetően az emelvényre szerelt tesztobjektum a hossztengelye körül is el tud forogni.

A tehetetlenségi terhelések centrifugális állványon történő szimulálásához ismerni kell az űrjárműre működés közben ható túlterhelés időbeli változásának törvényét.

A lineáris gyorsulások centrifugális állványon történő reprodukálásakor a túlterhelési érték döntő jelentőségű , túlterhelési gradiens , túlterhelési határ impulzus
és az integrált hatás mértéke
.

Az űrhajók és elemeik centrifugális állványokon történő tesztelése során a túlterhelések három fő típusát reprodukálják:

Impulzus;

Komplex folyamatos periodikus;

Nem periodikus ortogonális.

Ütésvizsgálat

A sokkfolyamat főbb jellemzői és az ütés hatásának lehetséges következményei az űrjármű szerkezetére és állapotára.

Az ütés az anyagi testek mechanikai hatása, amely végtelenül rövid időn belül végtelenül megváltozik pontjaik sebességében. Az ütőmozgás olyan mozgás, amely egy test (közeg) és a vizsgált rendszer egyetlen kölcsönhatása eredményeként jön létre, feltéve, hogy a rendszer természetes rezgésének legkisebb periódusa vagy időállandója arányos vagy nagyobb, mint a kölcsönhatási idő. .

Lökéskölcsönhatás esetén a ütési gyorsulásokat, sebességet vagy elmozdulást határozzák meg a vizsgált pontokon. Az ilyen hatásokat és reakciókat együttesen sokkfolyamatoknak nevezzük. A mechanikai ütések lehetnek egyszeresek, többszörösek és összetettek. Egyszeri és többszörös lökésfolyamatok befolyásolhatják a készüléket hosszirányú, keresztirányú és bármilyen közbenső irányban. Az összetett lökésterhelések egyszerre két vagy három egymásra merőleges síkban hatnak a tárgyra. Az űrhajót érő becsapódási terhelések lehetnek nem periodikusak és időszakosak is. Az ütési terhelések előfordulása az űrhajó mozgásának gyorsulásának, sebességének vagy irányának éles változásával jár. Valós körülmények között leggyakrabban összetett egyetlen sokkfolyamat fordul elő, amely egy egyszerű lökésimpulzus kombinációja egymásra helyezett rezgésekkel.

A hatásfolyamat főbb jellemzői a következők:

A lökésgyorsulás időbeli változásának törvényei
, sebesség
és mozog
;

Az ütközési gyorsulás időtartama az időintervallum értéke (
) a megjelenés pillanatától a lökésgyorsítás eltűnésének pillanatáig;

A lökésgyorsítás frontjának időtartama - az időintervallum a lökésgyorsulás megjelenésének pillanatától a csúcsértékének megfelelő pillanatig;

A szuperponált lökésgyorsulási rezgések együtthatója a lökésgyorsulás szomszédos és szélső értékei közötti növekmények abszolút értékeinek teljes összegének és a megduplázott csúcsértéknek az aránya;

Az ütési gyorsulási impulzus az ütközési gyorsulás integrálja, amelynek időtartama megegyezik a hatás időtartamával.

A mozgási paraméterek funkcionális függésének görbéjének alakja szerint a sokkfolyamatokat egyszerű és összetett folyamatokra osztják. Az egyszerű folyamatok nem tartalmaznak nagyfrekvenciás komponenseket, jellemzőiket egyszerű analitikai függvények közelítik. A függvény osztályát a gyorsulás időfüggőségét közelítő görbe alakja határozza meg - félszinusz, koszinusz, téglalap, háromszög, pm alakú, trapéz stb.

A mechanikai sokkot az energia gyors felszabadulása kíséri, ami lokális rugalmas vagy képlékeny deformációkat, feszültséghullámok gerjesztését és egyéb hatásokat eredményez, amelyek esetenként az űrhajó szerkezetének meghibásodásához és tönkremeneteléhez vezetnek. Az űrrepülőgépre ható lökésterhelés gyorsan csökkenő természetes oszcillációkat gerjeszt benne. Az ütési túlterhelés értékét, a szerkezeten belüli feszültségeloszlás jellegét és sebességét az ütközés ereje és időtartama, valamint a gyorsulásváltozás jellege határozza meg. Az űrhajóra ható behatás mechanikai tönkremenetelét okozhatja. Az űrhajó szerkezeti elemeinek merevségi foka az ütközési folyamat időtartamától, összetettségétől és a tesztelés során fellépő maximális gyorsulásától függően kerül meghatározásra. Egy egyszerű ütés roncsolást okozhat az anyagban fellépő erős, bár rövid távú túlfeszültség miatt. Egy összetett hatás a fáradtsági mikrotörzsek felhalmozódásához vezethet. Mivel az űrhajó kialakítása rezonáns tulajdonságokkal rendelkezik, már egy egyszerű becsapódás is oszcillációs reakciót válthat ki elemeiben, amely szintén fáradással jár.

A mechanikai túlterhelések az alkatrészek deformálódását, törését, kötések (hegesztett, menetes, szegecses) kilazulását, mechanizmusok és kezelőszervek elmozdulását okozzák, aminek következtében a készülékek beállítása, beállítása megváltozik, egyéb üzemzavarok jelentkeznek.

Űrjárművek szerkezeteinek és rendszereinek becsapódási terhelések vizsgálata

Az űrjárművek becsapódási terhelések hatásának vizsgálatának általános feladata annak ellenőrzése, hogy az űrjármű és minden eleme képes-e ellátni funkcióját becsapódás közben és után. Ebben az esetben az a cél, hogy a tesztbecsapás eredményeit a lehető legközelebb hozzuk a valós becsapódás hatásához az űreszköz teljes körű működési körülményei között.

A lökésterhelési módok földi kísérleti körülményei között történő reprodukálásakor korlátozások vonatkoznak a pillanatnyi gyorsulási impulzus alakjára az idő függvényében, valamint az impulzus alaki eltéréseinek megengedett határértékeire. A helyzet az, hogy a laboratóriumi padon gyakorlatilag minden lökés impulzushoz pulzáció társul, ami a sokkberendezésekben és a segédberendezésekben fellépő rezonancia jelenségek következménye. Mivel a lökésimpulzus spektruma főként a sokk pusztító hatásának jellemzője, már egy kis hullámosság szuperpozíciója is megbízhatatlanná teheti a laboratóriumi méréseket.

A sokkoló állványok általában a következő elemekből állnak: egy platformra vagy tartályba rögzített próbatárgy ütésátalakítóval együtt; gyorsítóeszköz a kívánt sebesség átvitelére a tárgyra; fékberendezés; vezérlőrendszerek; rögzítő berendezés az objektum vizsgált paramétereinek és az ütési túlterhelés változásának törvényének rögzítésére; primer konverterek; segédeszközök a vizsgált objektum üzemmódjainak beállításához; a vizsgálati objektum és az adatrögzítő berendezés működéséhez szükséges tápegységek.

Az ütközési próbák legegyszerűbb állványa a kocsira rögzített próbatárgy adott magasságból történő leejtésének elvén működő állvány, pl. a gravitációs erők felhasználásával a gyorsításhoz. Ebben az esetben a lökésimpulzus alakját az ütköző felületek anyaga és alakja határozza meg. Az ilyen állványokon lehet gyorsulást biztosítani akár
... A Moszkvai Repülési Intézet 601-es osztályának kutatólaboratóriumában elérhető egy tárgy bizonyos magasságból történő leejtésének elvén működő állvány, amelyet dobási tesztek kutatóállványának neveznek. Az ilyen állványok ütési túlterhelése az ejtési magasságtól függ
, a fékezőelemek merevsége , az asztal és a vizsgálati tárgy össztömege
és a következő kapcsolat jellemzi őket:
... A megjelölt értékek megfelelő megválasztásával elérhetők a szükséges túlterhelések.

Rendelkezésre állnak olyan próbapadok, amelyek hidraulikus vagy pneumatikus hajtást használnak a kocsi felgyorsítására a vizsgált tárggyal. Gumi lengéscsillapítók, rugók, valamint lineáris indukciós motorok használhatók gyorsító berendezésként.

Szinte minden lengéscsillapító állvány képességeit a fékberendezések kialakítása határozza meg. Soroljuk fel és röviden jellemezzük ezeknek az eszközöknek a típusait a 2. ábrából kölcsönzött módszerrel.

2. ábra

1) Nagy túlterhelések eléréséhez kis emelkedési előlappal ( ) a vizsgálati tárgy merev lemezzel való ütközését alkalmazzuk (2. ábra). ). A fékezés az ütközéskor az érintkezési zónában megjelenő rugalmas erők miatt következik be.

2) A túlterhelések széles tartományban, tíztől tízezer egységig terjedő, több tíz mikroszekundumtól több milliszekundumig terjedő emelkedési idő eléréséhez deformált elemeket használnak merev alapon fekvő lemez vagy tömítés formájában. Ezeknek a tömítéseknek az anyaga lehet acél, sárgaréz, réz, ólom, gumi stb. (2. ábra )

3) Biztosítani kell a túlterhelés változási törvényét és a lökésgyorsulási idő időtartamát (
) kis tartományban deformálható hegy formájú elemeket alkalmaznak, amelyeket az ütközőállvány lemeze és a vizsgálati tárgy közé szerelnek (2. ábra). ).

4) A viszonylag hosszú fékúttal járó ütközés reprodukálásához fékberendezést használnak, amely az állvány merev talpán elhelyezett ólom, plasztikusan deformált lemezből és a megfelelő profil merev csúcsából áll, amely behatol (ábra 2 ), a tárgyra vagy az állványra rögzítve. Az ilyen fékberendezések széles tartományban teszik lehetővé a túlterhelés elérését
rövid, akár több tíz milliszekundum emelkedési idővel.

5) Fékberendezésként rugó alakú rugalmas elem használható (2. ábra). ) a lengéscsillapító állvány mozgó részére szerelve. Ez a fajta fékezés viszonylag kis, félszinusz alakú túlterhelést biztosít, ezredmásodpercben mért időtartammal.

6) Egy defektes fémlemez, amely a kontúr mentén az egység alján van rögzítve, kombinálva a platform vagy a konténer merev csúcsával, viszonylag alacsony túlterhelést biztosít (2. ábra). ).

7) Az állvány mozgatható platformjára szerelt deformálható elemek (2. ábra).
), egy merev kúpos fogóval kombinálva biztosítja a hosszú távú túlterhelések fogadását akár több tíz milliszekundum emelkedési idővel.

8) Fékberendezés deformált alátéttel (2. ábra). ) lehetővé teszi a tárgy hosszú féktávolságának elérését (200-300 mm-ig) az alátét kis deformációi mellett.

9) A 2i. ábra szerinti pneumatikus fékberendezés lehetővé teszi különböző formájú intenzív lökésimpulzusok reprodukálását. Ezenkívül ez az eszköz újrafelhasználható eszköz.

10) A hidraulikus lengéscsillapítókat széles körben használják. Amikor a vizsgált tárgy nekiütközik a lengéscsillapítónak, a rúd a folyadékba merül. A folyadékot a szabályozótű profilja által meghatározott törvény szerint a száron keresztül nyomják ki. A tű profiljának megváltoztatásával lehetőség nyílik a gátlás másfajta törvényének megvalósítására.

Az előadás zárásaként meg kell jegyezni, hogy sokkteszteket is lehet végezni egy objektum kis léptékű modelljein, a fizikai folyamatok hasonlóságának elméletétől vezérelve egy ilyen kísérlet technikájának kidolgozásakor.

Az előadás témája: Az űrhajó gázdinamikai tesztjei.

Gázdinamikai teszteket hajtanak végre újrafelhasználható földközeli űrhajók kisméretű modelljein, valamint a bolygó légkörébe nagy sebességgel belépő leszálló járművek kisméretű modelljein.

A gázdinamikai vizsgálatok során megoldott problémák és megoldásuk módszertani megközelítése.

A gázdinamikai folyamatok matematikai vagy fizikai modellezéssel történő vizsgálata során főként két problémát oldanak meg: 1) Az aerodinamikai nyomás és súrlódási erők eloszlásával összefüggő erőterhelések meghatározása az űrjármű külső felülete mentén, valamint az akusztikus hatás. 2) Az áramlás gázdinamikai jellemzőinek meghatározása, amelyek szükséges információk az űrhajó felületére irányuló konvektív és sugárzó hőáramok sűrűségének kiszámításához

Két lehetséges megközelítés létezik a gázáramlás vizsgálati tárgyra gyakorolt ​​hatásának vizsgálatára:

A vizsgált objektum a kísérleti elrendezésben álló helyzetben van, és a felülete körül áramló gáz bizonyos relatív sebességgel rendelkezik.

A vizsgált objektum egy bizonyos sebességet kap az álló gáznemű közeghez képest.

Az első megközelítést szélcsatornákban valósítják meg, amelyekben a kívánt paraméterekkel rendelkező gázáramlás jön létre, amely a vizsgált test körül áramlik.

A második megközelítést ballisztikus berendezések vagy rakétaútvonalak segítségével valósítják meg.

Mind az első, mind a második esetben a teszteket kisméretű termékmodelleken végzik, ami a tesztközpontok korlátozott energiaképességével magyarázható. Ennek kapcsán a vizsgált objektumok körüli áramlási viszonyok modellezése, a teszteredmények modelleken történő feldolgozása és értelmezése a fizikai jelenségek hasonlóságának elméletén alapul. A gázdinamikai folyamatok fizikai hasonlósága geometriai, kinematikai és dinamikai hasonlóságot feltételez. A geometriai hasonlóság magában foglalja a hasonló lineáris dimenziók arányosságát a modell és a természet tekintetében. A kinematikai hasonlóság feltételezi, hogy a geometriailag hasonló testek körül áramló, hasonló áramlású hasonló részecskék kinematikai jellemzői arányosak, azaz. arányos időintervallumokban a részecskék hasonló utakon haladnak át, és a sebességek és gyorsulások hasonló pontokban arányosak, és ezeknek a vektoroknak a térbeli orientációja azonos. A dinamikus hasonlóság feltételezi, hogy a hasonló pontokban ható erők arányosak nagyságrenddel és azonos orientációjúak.

Teljesnek nevezzük a hasonlóságot, ha a modellt és a természetet körülvevő teljes térben megfigyeljük az áramlási minták egészének hasonlóságát. Ha ez a feltétel nem teljesül, akkor a hasonlóságot hiányosnak vagy részlegesnek nevezzük.

Ha a Navier - Stokes egyenleteket dimenzió nélküli formában írjuk fel, akkor két hidrodinamikailag hasonló áramlás esetén ezek az egyenletek teljesen azonosak lesznek. A dimenzió nélküli Navier - Stokes-egyenletek együtthatóként (paraméterként) a következő dimenzió nélküli komplexeket tartalmazzák, amelyek dimenzióparaméterekből állnak:
,,
,
, ahol
- a jellemző méret, sebesség, nyomás, sűrűség, dinamikus viszkozitási együttható, gravitációs gyorsulás, jellemző idő. Előjegyzés a zavartalan gázáramlás paramétereire vonatkozik. Az első dimenzió nélküli komplexet a gázdinamikában Strouhal-számnak (Sh), a másodikat Froude-számnak (Fr), a harmadikat Euler-számnak (Eu), a negyediket Reynolds-számnak (Re) nevezik.

Nyilvánvalóan geometriailag és kinematikailag hasonló áramlások esetén a dimenzió nélküli mozgásegyenletek azonosak lesznek, ha ezeknek a komplexeknek ugyanaz az értéke egy teljes léptékű objektumra és modellre, és ha ezeknek az áramlásoknak hasonló pontjain a sűrűség relatív értékei és a viszkozitása azonos (
). A felsorolt ​​dimenzió nélküli komplexek tehát a dinamikus hasonlóság kritériumai geometriailag és kinematikailag hasonló rendszerek számára.

Összenyomható közegben az Euler-kritérium (Eu) a hangsebesség jól ismert kifejezésével ábrázolható.
Eu = formában ; ez azt jelenti, hogy a gázáramlások esetében két további hasonlósági kritérium jelenik meg:

Poisson szám
és Mach-szám
, amelynek értékeinek a modellhez és a természethez közeli áramlások hasonlósága miatt azonosnak kell lenniük
,
.

Gázdinamikus folyamatok kísérleti modellezésének eszközei

Szélcsatornák

A vizsgálati szakaszban a gázáramlás sebességétől függően a szélcsatornákat a következő típusokra osztják:

1) szubszonikus (
);

2) transzonikus és transzonikus (
);

3) szuperszonikus (
);

4) hiperszonikus (
).

Tervezési jellemzőik szerint a szélcsatornák két osztályba sorolhatók: nyitott végű csövek; zárt csövek.

Egy űrjármű vagy annak egyes töredékeinek szélcsatornákban történő tesztelésekor a következő feladatokat lehet megoldani:

Egy gázáramban lévő tárgyfelület alakjának az objektum aerodinamikai jellemzőire gyakorolt ​​hatásának vizsgálata, a bejövő áramlási sebességtől és az objektum gázsebesség-vektorhoz viszonyított orientációjától függően.

Űrhajó repülési dinamikájának kutatása.

Az aerodinamikai erők hatásának vizsgálata az űrhajó szerkezetének héjának rugalmas jellemzőire.

A légáramlással kapcsolatos fizikai vizsgálatok különböző körülmények között (egy objektum melletti szuperszonikus áramlás gázdinamikus mintázatának vizsgálata, a határréteg jellemzőinek vizsgálata stb.).

Szubszonikus csövekben(lásd 1. ábra) a levegőt a 7 ventilátor szívja be a csőbe, amelyet a 8 villanymotor hajt meg. A csőbe beszívott levegő először az 1 egyengető rácson és a 2 deturbuláló rácson halad át, síkkal párhuzamossá válik, majd , miután áthaladt a 3 előkamrán, belép a 4 konvergáló fúvókába, felgyorsul és belép a cső 5 munkarészébe, ahol a vizsgált modellt felszerelik. A munkarészből az áramlás belép a 6 diffúzorba, majd kidobódik a környező térbe. Zárt szélcsatornákban az áramlás, miután áthaladt a munkaszakaszon és a diffúzoron, a visszatérő csatornába irányul, és a fúvókán keresztül ismét visszatér a munkaszakaszba. Röviden jegyezzük meg a szélcsatorna említett részeinek rendeltetését. A vékony fémlemezekből készült egyengető rács párhuzamos áramlás kialakítására és a nagy örvények elpusztítására szolgál. A deturbulizáló rácsok segítenek kiegyenlíteni a sebességeket az áramlási szakasz mentén, és csökkentik az áramlás kezdeti turbulenciáját a cső munkarészében. Az előkamra az áramlás kiegyenlítésére és csillapítására szolgál. A fúvóka arra szolgál, hogy felgyorsítsa a levegő áramlását a bemeneti minimumtól a számított áramlásig a kimenetnél a munkaszakasz felé. A szubszonikus fúvókák konvergáló csatornák. A munkarész a fúvóka és a diffúzor közötti tér. Ide van telepítve a tesztmodell és az aerodinamikai egyensúly. A cső munkarészében a gázáramnak egyenletes sebesség- és nyomásmezővel kell rendelkeznie.

Transonikus csövek főleg erős szubszonikus csövek, zárt típusúak és állandó működésűek. A fő különbség a transzonikus csövek és a transzonikus csövek között a tesztszakasz falainak kialakításában van: a transzonikus csövek szilárd falakkal akadályozzák meg a modell körüli áramvonalak eltérését, így az áramlási mező torzul. A transzonikus csövekben a tesztszakasz falai nem szilárdak, hanem rések és perforációk vannak, amelyek gyengítik a falak hatását a modell közelében lévő áramvonalak formájára, aminek köszönhetően a transzonikus csövekben lehetséges az áramlási módok elérése
szubszonikus fúvókával.

Szuperszonikus csövek Mach-számok tartományában működnek
... A nagy gázáramlást szuperszonikus fúvókák biztosítják, amelyek szubszonikus és szuperszonikus szakaszokkal rendelkeznek. A szubszonikus szakaszban az előkamrából érkező levegő hangsebességre gyorsul. A szuperszonikus szakaszon a sebesség további növekedése és a keresztmetszeten egyenletes szuperszonikus áramlás végleges kialakulása következik be. Minden szuperszonikus fúvókát úgy terveztek, hogy egy adott kimeneti Mach-számot érjenek el. Ez az érték a fúvókakimeneti szakasz és a torokszakasz területének arányától függ. A csőben több Mach-szám értékének eléréséhez cserélhető vagy állítható fúvókákat használnak. A szuperszonikus csőben lévő diffúzor két részből áll: egy kezdeti konvergáló csatornából és egy ezt követő táguló csőszakaszból. A diffúzor konvergáló részében a szuperszonikus gázsebesség a lökéshullámok képződése miatt fokozatosan hangossá csökken, majd a szubszonikus áramlás belép a diffúzor táguló részébe, ahol az áramlás tovább lassul.

Hiperszonikus csövekben hogy egy patakot kapjunk egy számmal
olyan nyomást kell létrehozni az előkamrában, amely több tízezerszeresen meghaladja a cső munkarészében lévő nyomást, ami az előkamrában fennálló nyomás nagy abszolút értékéhez vezet. A szükséges nyomásesés elérése vákuummal biztosítható a cső munkarészében, ami vákuumkamra vagy többfokozatú ejektor alkalmazásával érhető el.

A hiperszonikus csövek folyamatos és periodikus hatásúak. A működési elv szerint az időszakos hatású csövek a következők: légköri - vákuum, kilökő, ballon, léggömb-vákuum és ballon-kidobó.

A következő, innen kölcsönzött 2. és 3. ábra az atmoszférikus - vákuum- és ejektorcsövek diagramjait mutatja be.

A 9 tartályban lévő atmoszférikus-vákuum csőben a cső működéséhez szükséges vákuum jön létre. A 8 nagysebességű szelep kinyitása után atmoszférikus levegő áramlik a csőbe az 1 előkamrán keresztül, amelyben 2 rácsok és rácsok vannak, amelyek kiegyenlítik az áramlást. A 3. fúvókában a levegő, adott Mach-számmal szuperszonikus sebességet elérve, a 4. munkarészbe jut, ahol az 5. vizsgálandó objektum fel van szerelve, majd a 6. és 7. diffúzoron keresztül a 9. vákuumtartályba jut. , rövid időre szuperszonikus áramlás jön létre a tesztszekcióban ... Ha az áramlási sebesség a cső munkarészében nagyobb, mint 4
, ekkor a fúvókát elhagyó levegő tágulva annyira lecsökkenti a hőmérsékletét, hogy megindul a vízgőz kondenzációja. Ez a jelenség kiküszöbölhető, ha az előkamra elé például gáz- vagy elektromos fűtőtestet szerelnek fel. Ehelyett a légköri levegő egy párátlanítón átvezethető, mielőtt belépne az előkamrába.

Az ejektorcsőben a légáramot a 3 munkarész mögé szerelt 5 ejektor (sugárszivattyú) állítja elő, amelyhez nagynyomású levegőt juttatnak. Az 5 kidobó 8 vevőjében megnövekedett nyomás jön létre. A 7 szelep kinyitása után a vevő levegője az 5 kidobóba jut. A kifújt levegő a légkörből a csőbe jut, áthaladva az 1 párátlanítón, a Laval 2 fúvókán és a 3 munkarészen, ahol a 4 vizsgálati objektum fel van szerelve, majd a kilépő levegővel keveredve a 6 diffúzoron keresztül távozik a légkörbe.

A vizsgált periodikus hatású csövek lehetővé teszik nagy Mach-számú áramlások elérését viszonylag alacsony energiaköltség mellett, azonban az ilyen csövek működése olyan rövid, hogy nehéz a mennyiségi jellemzők meghatározása.

A folyamatos csövek pontosabban reprodukálják az adott áramlási paramétereket. A bennük lévő munkakörülmények hosszú ideig állandóak. Az alábbiakban egy folyamatos szuperszonikus cső diagramja látható. A séma az előző kettőhöz hasonlóan innen származik. A csövet egy 8 villanymotor hajtja, melynek tengelyén többfokozatú 6 kompresszor található, amely nagy nyomásesést biztosít a cső szuperszonikus sebességű működtetéséhez. A kompresszoron áthaladó levegő erősen felmelegszik, ezért a csőszerkezetben van az 5 hűtő, amelybe a levegőt irányítják. A 4 Laval fúvókán áthaladó lehűtött levegő szuperszonikus sebességet vesz fel, és belép a 3 munkarészbe, ahol a 2 vizsgálati objektumot felszerelik, majd az 1 diffúzoron és a 9 visszatérő csatorna térdén keresztül a 7 forgólapátokkal. visszatér a kompresszorhoz.

Lökéscsövek

Kísérleti létesítmények magas hőmérsékletű gázáramok gázdinamikájának és fizikai-kémiai folyamatainak tanulmányozására. Az egyik lengéscsillapító cső opció sematikus ábrázolása a 2. ábrán látható. 5.

Ezen a képen 1 - nagynyomású rekesz; 2 - membrán; 3 - alacsony nyomású rekesz; 4 - membrán; 5 - fúvóka; 6 - tesztobjektum (modell); 7 - ablak; 8 - vákuumkamra; 9 - vákuumszivattyúk.

A cső működési elve a következő: az 1-es rekeszben a tervezett nyomás elérésekor a 2-es membrán eltörik és a gáz a 3-as kamrába zúdul. A keletkező lökéshullám átterjed a munkagázon, felmelegíti és összenyomja azt. Amikor a hullám eléri az alacsony nyomású rekesz végét, a fúvóka bejáratánál lévő 4 membrán összeomlik, és a lökéshullám visszaverődik, és a visszavert lökéshullám mögött összenyomott és felmelegedett gáz az 5 fúvókán keresztül a 8 vákuumkamrába áramlik. Miután a visszavert lökéshullám találkozik az érintkezési felülettel, megtörténik a fénytörése és a visszaverődés, és ez a hullám visszatér a fúvókához. Ettől a pillanattól kezdve a gáz egyenletes mozgása a fúvókában leáll. Az áramlás bizonytalanná válik, és a cső véget ér.

A lökésszélcsatornákban a féknyomás legfeljebb
és fékezési hőmérséklet legfeljebb

... Nyitvatartás 6 körül
.

Ballisztikai installációk.

Ha az aerodinamikus berendezésekben a gázáram kölcsönhatását vizsgálják egy termék álló vagy korlátozott mozgású modelljével, akkor ballisztikai berendezésekben lehetőség nyílik a gázáramlás és a modell kölcsönhatásának vizsgálatára szabad repülési körülmények között.

A ballisztikai berendezések egy dobószerkezetből állnak, amely megadja a modelleknek a szükséges kezdeti sebességet, és egy mérőszakaszból, ahol rögzítik a modell repülésének kinematikai jellemzőit. A ballisztikai berendezés mérőszakaszának kimeneténél fékező- és modellrögzítő rendszereket helyeznek el. A modellgyorsítás elve szerint a nagysebességű dobásban használt dobóeszközök két osztályba sorolhatók: gázdinamikus, amelyben a modellt gáz gyorsítja; elektrodinamikus, amelyben a modellt elektromágneses erők hatására felgyorsítják.

A gázdinamikus dobóeszközökben leggyakrabban vagy porágyúkat vagy könnyűgázágyúkat alkalmaznak, amelyekben könnyű gázokat (hidrogén és hélium) használnak a modell gyorsítására, amelyekben a hangsebesség jóval nagyobb, mint a porgázoké. Ha a lőporágyúk bedobásának határsebessége nem haladja meg
, akkor a könnyűgáz-ágyúk 10-12-nél nagyobb sebességre is képesek jelenteni a modelleket
... Meg kell azonban jegyezni, hogy a modell dobási sebességének magas értékeit könnyűgáz-pisztolyokban a modell többlépcsős gyorsítási elvének megvalósításával érik el, amely a következő: Először egy porpisztolyt indítanak el. , szuperszonikus sebességre gyorsítva egy dugattyút, amely egy könnyű (munka) gázzal töltött kamrában mozog. A lökéshullám a dugattyú előtt felmelegíti és összenyomja a munkagázt. Amikor a kamrában a hőmérséklet és a nyomás a munkagázzal eléri a számított értéket, a kamrát a pisztolycsőtől elválasztó membrán eltörik. A sűrített és felmelegített gáz a pisztoly csövébe zúdul, és nagy sebességre gyorsítja a tesztmodellt.

A ballisztikai berendezések számos előnnyel rendelkeznek a szélcsatornákkal szemben. Ezek az előnyök a következők: 1) a számok széles tartományában történő váltás lehetősége
és
; 2) a valós fékezési hőmérséklet szimulálásának képessége; 3) a modellre beeső gázáramlás zavartalan; 4) nincsenek a modellben olyan szerszámtartók és rögzítőelemek, amelyek torzítanák a modell körüli áramlás gázdinamikus képét; 5) a bejövő áramlás paramétereinek kellően pontos és megbízható szabályozásának lehetősége; 6) a nem stacionárius jelenségek tanulmányozásának lehetősége.

A ballisztikus állványok hátrányai a következők:

A modell minden lövés után megsemmisül;

A modell kis mérete miatt nehézkes a mérőműszerek elhelyezése benne;

A modell kívánt helyzete a patakban bonyolultabb módon van beállítva, mint a szélcsatornában.

Az előadás témája: Akusztikus terhelési tesztek.

Az akusztikus terhelések forrásai

Természetes körülmények között az űrhajó szerkezeti elemei intenzív akusztikus terhelésnek vannak kitéve. Az akusztikus terhelés a rakétahajtóművek működése során fellépő hang (akusztikus) tér hatása a hordozórakétára, az űrrepülőgépekre, a kilövőkomplexum szerkezeteire és egységeire, valamint a kiszolgáló személyzetre. A rakétahajtómű sugársugára által generált akusztikus energiát a frekvenciaspektrum, a hangintenzitás, a hangnyomásszint, az expozíció időtartama és néhány egyéb paraméter jellemzi.

A hang erősségét vagy az akusztikus sugárzás intenzitását a terjedési irányára merőleges egységnyi területen egységnyi idő alatt átvitt energia mennyisége határozza meg. Szinuszos síkhullám esetén a hangintenzitás az

, ahol
- a változó hangnyomás amplitúdója, a közeg átlagos sűrűsége, a hangsebesség egy adott környezetben. Technikai célokra nagyon kényelmesnek bizonyult a Weber-Fechner törvény alkalmazása, amely kimondja, hogy az emberi fül hangérzetének erősségének növekedése arányos a kettő energiáinak arányának logaritmusával. ingereket hasonlította össze. Hangnyomás szint decibelben kifejezve és a halláshatárra hivatkozva:

.

Az akusztikus tér kialakításához a sugár kinetikai energiájának legfeljebb 1%-a szükséges. A motorzaj frekvenciaspektruma általában széles sávú és egyenletes (úgynevezett fehér zaj). A többfúvókás meghajtórendszerek egyes elrendezéseinél vagy a sugársugarak és az indítóberendezés elemeinek kölcsönhatása esetén azonban diszkrét komponensek jelennek meg a sima zajspektrumban - egyedi frekvenciákon kibocsátások, amelyek intenzitása néha meghaladja a sugárzó intenzitási szintjét. folytonos spektrum legalább 100-szorosára. Egy objektum esetében a legnagyobb veszélyt a diszkrét komponensek jelentik, amelyek felhalmozódásához, sőt tönkremeneteléhez vezethetnek, különösen akkor, ha az alkatrész gyakorisága egybeesik a szerkezet természetes frekvenciájával. Az akusztikus terhelésekre a legérzékenyebbek a berendezések és a vezérlőrendszer egyes elemei.

A meghajtórendszer működése során zaj nem csak a sugársugárból, hanem a rezgések, például a fúvóka és a csővezetékek rezgései, amelyeket a határolórétegben lévő nyomásingadozások okoznak, a motorok közvetlen rezgései a forgó elemek kiegyensúlyozatlansága miatt, a szelep működése stb. Ezek a rezgésforrások azonban kicsik amplitúdójú és magas frekvenciájú. Alapvető, azaz a legveszélyesebb rezgések a repülőgépet érő akusztikus hatás következtében keletkeznek, ezért nagy figyelmet fordítanak a meghajtórendszer akusztikus terének vizsgálatára. A készülék akusztikai terhelésének tanulmányozására szolgáló elméleti módszerek nem teljesen megbízhatóak. Jegyezzünk meg egy olyan, nem teljesnek látszó jelenségegyüttest, amelynek kiszámítása jelenleg nagyon nehéz, és kísérleti kutatást igényel: 1) a berendezés elemeinek terheléseinek növekedése a „dinamikus összeadás” következtében. véletlenszerű (zaj) akusztikus terhelés; 2) nemkívánatos mechanikai rezonanciák megjelenése az elektronikus berendezésekben, automatizálási elemekben és eszközökben, amelyet a készülék héjának akusztikus áteresztő képessége és vibráció okoz; 3) az akusztika hatása a hőátadási folyamatokra; 4) a tartályok akusztikai átlátszóságának hatása a hideg (alsó) és forró (felső) folyadékrétegek, különösen a kriogén rétegek keverési folyamataira; 5) a tartályokban lévő kriogén folyadékok akusztikus melegítése a folyadékok hangelnyelése miatt; 6) folyadékok akusztikus kavitációja a motorszivattyúk bemeneténél.

Az akusztikai vizsgálatok típusai és rövid leírásuk

A termékre gyakorolt ​​akusztikus hatás tanulmányozására a következő vizsgálatokat kell elvégezni:

Földi teljes körű közvetlenül a terméken;

Nyitott állványon járó motorral;

Zárt dobozokban különféle zajforrásokkal;

Akusztikus kamrákban.

A teljes körű földi tesztek lehetővé teszik az üzemi feltételek legteljesebb megközelítését, és ezáltal teljes körű ellenőrzést biztosítanak a fedélzeti berendezések szerkezeti szilárdságáról és működéséről. Az ilyen tesztek az utolsó tesztek az űrhajó akusztikus hatások vizsgálatára szolgáló általános programban. Az ilyen vizsgálatok hátránya a magas költségük, mivel minden vizsgálat során az akusztikus teret létrehozó motoroknak maximális teljesítménnyel kell működniük. Az akusztikus terhelés repülési feltételei földi körülmények között gyakorlatilag nem reprodukálhatók.

A nyitott próbapadi tesztek járó motor mellett gazdaságosabbak. Az ilyen állványokon nagyméretű termékeket lehet tesztelni. A tesztek felgyorsítása és az előírt terhelési szintek betartása ebben az esetben a vizsgálati objektumok zajforráshoz viszonyított helyzetének megválasztásával érhető el. A vizsgálati módokat a hangterhelések és deformációk teljes körű mérése alapján határozzák meg a termék felületének ellenőrzési pontjain.

A zárt dobozokban végzett tesztelés nagyobb akusztikus terhelést tesz lehetővé, mint egy nyitott próbapadon, ami rövidebb vizsgálati időt eredményez. Ezeknek a teszteknek a hátránya a hangtér némi torzulása a természetes körülményekhez képest.

A speciális akusztikus kamrákban végzett tesztek, ahol a természeteshez közeli körülmények jönnek létre, lehetővé teszik a legmegbízhatóbb információ megszerzését a vizsgált objektum teljesítményéről. Ezeknek a kamráknak a korlátozott térfogata azonban nem teszi lehetővé nagy méretű tárgyak tesztelését.

Az alábbiakban az 1. ábra látható, amely egy nyitott doboz sematikus diagramját mutatja be akusztikus teszteléshez.

A 4 vizsgálati tárgyakat az 5 szerelőkeretre helyezzük a sugárhajtómű 1 fúvókájából kiáramló 3 sugár körül.A vizsgálórész mögött egy diffúzor található a gázok elvezetésére A hangtér paraméterei és a vizsgált tárgyak reakciói: mikrofonok és nyúlásmérők segítségével figyelik. A zaj forrása a sugárhajtómű kipufogógáza. A zajszint a kimeneti fúvóka kijárata közelében körülbelül 160-175
... A jet jet ilyen intenzív akusztikus sugárzása a turbulens áramlási szerkezet inhomogenitásával jár együtt, és instabil turbulens örvények kölcsönhatásának eredményeként tekinthető. Meg kell jegyezni, hogy az akusztikus teljesítmény
turbulens sugár határozza meg a képlet
, ahol
;a közeg sűrűsége a sugárban; - a gáz kiáramlási sebessége a motor fúvókájából;
- a fúvóka vágás átmérője; és - a környezet sűrűsége, illetve a hangterjedés sebessége a környezetben.

A 2. ábrán látható egy zárt doboz diagramja, amely az úgynevezett visszhangkamra részét képezi.

2. ábra

Ezen az ábrán az 1. pozíció egy tesztdoboz, a 2. egy kamratest, a 3. egy kapu, 4 a szirénák kürtjei, a 6 a gázsugár-szirénák, a 7 a hanggenerátorok doboza, a 8 a kipufogócső.

A gázsugaras szirénák akár 180 hangnyomásszintet is generálnak
és magasabb széles frekvencia tartományban. A szirénákat dinamikusra és statikusra osztják.A statikus szirénák működési elve azon a hatáson alapul, hogy ha egy kúpos fúvókán szuperszonikus sebességgel fújják át a levegőt, az előtte lévő légáramban periodikus nyomáseloszlás jön létre instabil területekkel. a fúvókáról. A rezonátort ezekre a területekre helyezve hanghullámokat bocsátanak ki a rezonátort körülvevő térbe. A dinamikus szirénák diszkrét frekvenciaspektrumot és szélessávú frekvenciaspektrumot képesek reprodukálni. Az ilyen sziréna működési elve a következő. Egy speciális kamra (előkamra) fúvókáiból kiáramló levegőáramban lyukakkal ellátott forgó tárcsa van beépítve. A fúvókák száma és eloszlásuk az előkamra kerülete mentén megegyezik a tárcsán lévő lyukak számával és osztásközével. A lyukak váltakozó nyitása és zárása a sugár gázdinamikai paramétereinek éles megváltozásához vezet, és ennek következtében a sziréna kürt torkában nyomás lüktetések megjelenéséhez, amelyek a levegő környezet hangrezgéseit idézik elő. A hangrezgések gyakorisága a perforált lemez forgási sebességétől függ.

A visszhangkamrákban a hang visszaverődik a falakról, és a vizsgálandó tárgy körüli hangtér hanghullámok interferenciamintája, azaz. fellép a közeg rezgéseinek felerősítésének hatása.

A visszhangkamra doboz falvastagsága akár 80 is lehet
170-es zajszint mellett
... A belső oldalon a falak felülete a hanghullámokhoz képest magas visszaverő képességgel van bevonva. Ezt a falak vakolásával érik el, majd vasalással. Néha a falakat burkolólapok borítják. Az ilyen falak szinte teljesen (99%) visszaverik a hanghullámokat. Ennek eredményeként a kamrában diffúz hangtér jön létre, vagyis olyan mező, amelyben a hangnyomásszintek a kamra bármely pontján azonosak. A kamra méreteit a vizsgálandó tárgy méreteinek megfelelően kell kiválasztani. Átlagosan a visszhangkamra térfogatának legalább 8-szorosának kell lennie a vizsgált tárgy térfogatának. Az akusztikus tér egyenletesebbé tétele érdekében a viszonylag kis térfogatú (1000-nél kisebb) kamrák
) nem párhuzamos falakkal épültek, ami javítja a hangvisszaverődés feltételeit. A nagy térfogatú kamrák általában téglalap alakúak. Az ilyen kamrák hangtér diffúziájának növelésére néha diffúzorokat használnak - merev ékeket, amelyeket a kamrák belső felületére szerelnek fel. A zengetőkamra hozzávetőleges térfogata a mérések alsó frekvenciatartományának biztosításának feltételéből a képlettel határozható meg.
, ahol - kamra térfogata, az alsó határfrekvencia.

A visszhangkamrák általában teljes méretű repülőgép-szerkezeteket tesztelnek. A hangnyomásgenerátorok a kamrán belül különböző helyekre vannak felszerelve, vagy a kamrán kívül is felszerelhetők. Az ilyen kamerákban elért zajszint 177
... Szabályozható zajspektrum - 40 és 10000 között
... Az ilyen kamrák lehetővé teszik a szükséges akusztikai teljesítmény jelentős csökkentését, valamint gyakorlatilag elkerülik az erős zaj hatását a kezelő személyzetre. A kamera körüli zajszint nem haladja meg az 50-et
.

Az előadás témája: Az űrhajók hővisszanyerésének általános jellemzői. Az űrhajók hővákuum-teszteinek problémái.

Bevezetés

Egy fizika tanfolyamon megtanultam, hogy ahhoz, hogy egy test a Föld mesterséges műholdjává váljon, 8 km/s-nak (I kozmikus sebességnek) megfelelő sebességet kell mondani. Ha ilyen sebességet adnak a testnek vízszintes irányban a Föld felszínén, akkor légkör hiányában a Föld körpályán keringő műholdjává válik.

Ezt a sebességet csak kellően nagy teljesítményű műholdak jelezhetik űrrakéták... Jelenleg mesterséges műholdak ezrei keringenek a Föld körül!

És ahhoz, hogy más bolygókat is elérjen, az űrhajónak meg kell mondani a II. űrsebességet, ez körülbelül 11,6 km/s! Például ahhoz, hogy elérje a Marsot, amit az amerikaiak hamarosan meg fognak tenni, több mint nyolc és fél hónapig ilyen óriási sebességgel kell repülnie! És ez nem számít a Földre visszavezető útnak.

Milyennek kell lennie egy űrhajónak, hogy ilyen hatalmas, elképzelhetetlen sebességeket érjen el?! Ez a téma nagyon érdekelt, és úgy döntöttem, hogy megtanulom az űrhajók tervezésének minden finomságát. Mint kiderült, a gyakorlati tervezési problémák a repülőgépek új formáit eredményezik, és új anyagok kifejlesztését teszik szükségessé, ami viszont új problémákat vet fel, és a régi problémák számos érdekes aspektusát tárja fel mind az alapkutatásban, mind az alkalmazott kutatásban.

Anyagok (szerkesztés)

A technológia fejlődésének alapja az anyagok tulajdonságainak ismerete. Minden űrhajó sokféle anyagot használ a legkülönfélébb környezetben.

Az elmúlt néhány évben drámaian megnőtt a vizsgált anyagok száma és a számunkra érdekes jellemzők. Az űrhajók készítésénél felhasznált műszaki anyagok számának rohamos növekedését, valamint az űrhajók kialakításának és anyagtulajdonságainak egyre növekvő kölcsönös függését a táblázat szemlélteti. 1. 1953-ban az alumínium, a magnézium, a titán, az acél és a speciális ötvözetek elsősorban repülési anyagokként voltak érdekesek. Öt évvel később, 1958-ban széles körben használták őket a rakétagyártásban. 1963-ban ezen anyagcsoportok mindegyike már több száz elem- vagy alkotóelem-kombinációt tartalmazott, és az érdeklődésre számot tartó anyagok száma több ezerrel nőtt. Manapság szinte mindenhol új és továbbfejlesztett anyagokra van szükség, és ez nem valószínű, hogy a jövőben változni fog.

Asztal 1

Az űrhajók építéséhez használt anyagok

Anyag
Berillium
Hőszabályozó anyagok
Termoelektromos anyagok
Fotovoltaikus anyagok
Védőbevonatok
Kerámia
Menetel erősítésű anyagok
Eltávolítható bevonatok (ablatív anyagok)
Laminált anyagok
Polimerek
Tűzálló fémek
Speciális ötvözetek
Titánötvözetek
Magnéziumötvözetek
Alumíniumötvözetek

Az anyagtudomány és az anyagtechnológia új ismeretei iránti igény egyetemeinken, magáncégeinken, független kutatószervezeteinken és különböző kormányzati szerveken is visszaköszön. A 2. táblázat némi betekintést nyújt a NASA új anyagok fejlesztésével kapcsolatos kutatásainak természetébe és mértékébe. Ezek a munkák alap- és alkalmazott kutatásokat is tartalmaznak. A legnagyobb erőfeszítések arra irányulnak alapkutatás szilárdtestfizikában és kémiában. Itt az anyag atomi szerkezete, az atomok közötti erőkölcsönhatások, az atomok mozgása, és különösen az atomok méretével arányos hibák hatása érdekes.

2. táblázat

Anyagkutatási Program

A következő kategóriába tartoznak a nagy fajlagos szilárdságú szerkezeti anyagok, mint például a titán, alumínium és berillium, hőálló és tűzálló ötvözetek, kerámiák és polimerek. Egy speciális csoportba tartoznak a szuperszonikus szállítórepüléshez szükséges anyagok.

A NASA programja egyre nagyobb érdeklődést mutat az elektronikában használt anyagok kategóriája iránt. Kutatások folynak szupravezetőkkel és lézerekkel kapcsolatban. A félvezető csoport szerves és szervetlen anyagokat egyaránt tanulmányoz. Kutatások folynak a termoelektronika területén is.

Végül pedig az anyagkutatási program az anyagok gyakorlati felhasználásának kérdéseinek igen általános átgondolásával zárul.

Az anyagkutatási eredmények jövőbeni alkalmazási lehetőségeinek bemutatása érdekében az atomok térbeli elrendeződésének a fémek súrlódási tulajdonságaira gyakorolt ​​hatásának vizsgálatával kapcsolatos kutatásokra fókuszálok.

Ha lehetséges lenne csökkenteni a súrlódást az érintkező fémfelületek között, akkor ez szinte minden típusú, mozgó alkatrészekkel rendelkező mechanizmus fejlesztését lehetővé tenné. A legtöbb esetben az illeszkedő felületek közötti súrlódás nagy, és kenést alkalmaznak ennek csökkentésére. A nem kenhető felületek közötti súrlódási mechanizmus megértése azonban szintén nagyon érdekes.

Az 1. ábra a Lewis Research Centerben végzett kutatások néhány eredményét mutatja. A kísérleteket mélyvákuumban végeztük, mivel a légköri gázok szennyezik a felületeket és drasztikusan megváltoztatják azok súrlódási tulajdonságait. Az első fontos következtetés az, hogy a tiszta fémek súrlódási jellemzői nagymértékben függnek természetes atomszerkezetüktől (lásd az 1. ábra bal oldalát). Amikor a fémek megszilárdulnak, egyesek atomjai hatszögletű térhálót alkotnak, míg mások atomjai köböst. Kimutatták, hogy a hatszögletű rácsos fémek sokkal kisebb súrlódásúak, mint a köbös rácsos fémek.

1. ábra: Az atomszerkezet hatása a száraz súrlódásra (kenés nélkül).

2. ábra. Hőálló anyagokkal szemben támasztott követelmények.

Ezután számos fémet vizsgáltak meg, amelyek atomjai a hatszögletű prizmák tetején helyezkednek el, egymástól eltérő távolsággal. Tanulmányok kimutatták, hogy a súrlódás csökken a prizma magasságának növekedésével (lásd az 1. ábra középső részét). A legkisebb súrlódású fémek, amelyeknél a prizma alapjai közötti távolság és az oldalfelületek közötti távolság maximális aránya van. Ez a kísérleti eredmény összhangban van a fém deformáció elméletének következtetéseivel.

A következő szakaszban a titánt választották a kutatás tárgyává, amelyről ismert, hogy hatszögletű szerkezete és rossz súrlódási jellemzői vannak. A titán súrlódási jellemzőinek javítása érdekében elkezdték vizsgálni más fémekkel alkotott ötvözeteit, amelyek jelenléte feltételezhetően növeli az atomrácsok méretét. Ahogy az várható volt, a prizmák alapjai közötti távolság növekedésével a súrlódás meredeken csökkent (lásd az 1. ábra jobb oldalát). Jelenleg további kísérletek folynak a titánötvözetek tulajdonságainak további javítására. Például "megrendelhetjük" az ötvözetet, pl. hőkezeléssel a különböző elemek atomjainak megfelelőbb elrendezését és annak vizsgálatát, hogy ez hogyan befolyásolja a súrlódást. Az ezen a területen elért új fejlesztések javítani fogják a forgó alkatrészekkel rendelkező gépek megbízhatóságát, és valószínűleg nagy lehetőségeket nyitnak meg a jövőben.

Bár úgy tűnhet, hogy az elmúlt években nagy előrelépéseket tettünk a hőálló anyagok fejlesztésében, az űrkutatásban az elkövetkező 35 évben elért előrehaladás szorosan összefügg majd olyan új anyagok kifejlesztésével, amelyek sok órán keresztül képesek működni magas hőmérsékleten. , és bizonyos esetekben és években.

A 2. ábra mutatja, mennyire fontos ez. Az ordináta a működési időt mutatja órákban, az abszcissza pedig a működési hőmérsékletet Celsius-fokban. Az 1100 és 3300 °C közötti árnyékolt területen az egyetlen használható fémanyag a tűzálló fémek. Az ordinátán lévő vízszintes vonal egy évnek megfelelő munkaidőt jelöl. A nukleáris rakétamotor működési paramétereinek tartományát 2100 és 3200 ° C közötti hőmérséklet és 15 perc és 6 óra közötti működési időtartam korlátozza. (Ezek az adatok nagyon hozzávetőlegesek, és csak a működési paraméterek tartománya határainak hozzávetőleges meghatározását szolgálják.)

A „hiszonikus repülőgép” feliratú terület a bőranyagok munkakörülményeit jellemzi. Ez sokkal hosszabb üzemidőt igényel. Az újrafelhasználható űrhajók működési ideje csak 60-80 óra, de valójában több ezer órás üzemidőre is szükség lehet az 1320 és 1650 °C közötti hőmérséklet-tartományban.

A 2. ábra alapján megítélhető a tűzálló fémek jelentősége a világűr-kutatási program által támasztott problémák megoldásában. Ezen anyagok némelyike ​​már használatban van, és biztos vagyok benne, hogy javítani fognak, és idővel még fontosabbá válnak.

Néha hallani, hogy a modern anyagtechnológia valójában nem is tudomány, hanem igen fejlett művészet. Talán ez részben igaz is, de abban bízom, hogy az anyagtudomány és az anyagtechnológia már nagyon magas fejlettségi szintet ért el, és nagy szerepet fog játszani hazánk életében.

Űrhajó szerkezetek

Térjünk most rá az űrhajók tervezésének kérdéseire. A 3. ábra a modern hordozórakéták és űrjárművek tervezése során felmerülő főbb tervezési problémákat mutatja be. Ide tartoznak: szerkezeti terhelések, dinamika és repülési mechanika; nagy hőterhelésnek ellenálló szerkezetek fejlesztése; védelem a világűr hatásai ellen, valamint új tervek és anyagkombinációk kidolgozása a jövőbeni alkalmazásokhoz.

3. ábra. Űrhajó-tervek.

Az űrjárművek tervezésének fejlesztése még a fejlesztés korai szakaszában van, és a repülőgépek és ballisztikus rakéták tervezésében szerzett tapasztalatokon alapul. A 4. ábra azt mutatja, hogy a nagy modern hordozórakéták sok tekintetben rokonok a ballisztikus rakétákkal. NAK NEK megkülönböztető tulajdonságok konfigurációjukat a légköri ellenállást csökkentő nagy nyúlásnak és az üzemanyag által elfoglalt nagy térfogatnak kell tulajdonítani. Az üzemanyag tömege a hordozórakéta kilövési tömegének 85-90%-a lehet. A szerkezet fajsúlya nagyon alacsony, így lényegében egy vékony falú rugalmas héj. A Föld körüli pályára bocsátott rakomány, illetve a Holdra és a bolygókra irányuló repülési útvonal ma magas egységnyi költsége mellett különösen előnyös a fő szerkezet tömegének elfogadható minimumra csökkentése. A tervezési problémák még kiélezettebbé válnak a folyékony hidrogén és az oxigén üzemanyag-alkatrészként való felhasználása esetén, amelyeknek alacsony a fajsúlya, aminek következtében nagy mennyiségű tüzelőanyag tárolására van szükség.

4. ábra. Nagy hordozórakéták.

A jövőbeli hordozórakéták tervezőjének számos új kihívással kell szembenéznie. Az indítójárművek valószínűleg nagyobbak, összetettebbek és drágábbak. Újbóli felhasználásuk a visszaszállítás vagy javítás magas költsége nélkül jelentős tervezési és anyagtechnológiai kihívásokat igényel.

A jövő különböző típusú űrjárműveivel szemben támasztott szokatlan követelmények már új típusú szerkezetek és gyártási eljárások keresését ösztönözték.

A világűrben ránk váró veszélyek, mint például a meteoritok, a kemény- és hősugárzás elleni védekezés követelményei nagymértékben megerősítik az űrhajószerkezetek létrehozására irányuló kutatásokat. Például a folyékony hidrogén és más kriogén folyadékok hosszú távú tárolása során a világűrben gyakorlatilag ki kell zárni az üzemanyag-komponensek szivárgását a vízelvezető rendszeren és az üzemanyagtartályokban lévő meteorit lyukakon keresztül. Jelentős előrelépések történtek a rendkívül alacsony hővezető képességű szigetelőanyagok fejlesztésében. Mostantól lehetőség van üzemanyag tárolására az indítóálláson eltöltött idő és több Föld körüli fordulat alatt. A hosszú távú, akár egy évig tartó, világűrben történő tárolás során azonban egy nagyon összetett probléma merül fel a tartályok és csővezetékek szerkezeti elemein keresztül történő hőáramlással kapcsolatban.

Az űrrepülés egyéb problémái is új tervezési megoldásokat igényelnek, mint például a nagy űrhajók vagy alkatrészeik összecsukásának problémája a pályára bocsátás során, majd a világűrben történő összeszerelésüket. Ugyanakkor az űrrepülés során sem gravitációs, sem aerodinamikai erők nem hatnak az űrrepülés során, ami kiterjeszti a területet lehetséges megoldások tervezéskor. Az 5. ábra egy szokatlan tervezési megoldásra mutat példát, amely csak a világűrben lehetséges. Ez az egyik lehetőség egy keringő rádióteleszkóp számára, amely sokkal nagyobb, mint a Földön elérhetők.

Ilyen eszközökre van szükség a csillagok, galaxisok és más égi objektumok természetes rádiósugárzásának tanulmányozásához. A csillagászok érdeklődésére számot tartó rádiófrekvencia-sávok egyike a 10 MHz-től az alatti tartományba esik. Az ilyen frekvenciájú rádióhullámok nem haladnak át a Föld ionoszféráján. Az alacsony frekvenciájú rádióhullámok vételéhez rendkívül nagy orbitális antennákra van szükség. Az 5. ábra bal oldalán az antenna átmérőjének a vett sugárzás frekvenciától való függésének görbéje látható. Látható, hogy a frekvencia csökkenésével az antenna átmérője nő, és a 10 MHz-nél kisebb frekvenciájú rádióhullámok vételéhez 1,5 km-nél nagyobb átmérőjű antennákra van szükség.

5. ábra Új tervek. Orbitális antennák.

Ekkora antennát nem lehet pályára állítani, tömege pedig a hagyományos tervezési elveket alkalmazva messze meghaladja a legnagyobb hordozórakéták képességeit. Még ha figyelembe vesszük a gravitáció hiányát is, az ilyen antennák kialakítása megfelelő nagy nehézségek... Például, ha az antenna reflektor tömör alumínium fóliából készül, melynek vastagsága mindössze 0,038 mm, akkor az 1,6 km-es antenna átmérőjű felületi anyag tömege 214 tonna. Szerencsére a vett alacsony frekvenciája miatt rádiósugárzás, az antenna felülete rácsossá tehető. A nagy áttört minták legújabb fejlesztései lehetővé teszik a rács finom szálakból történő elkészítését. Ebben az esetben az antenna felületét alkotó anyag súlya 90-140 kg. Ez a kialakítás lehetővé teszi az antenna pályára állítását, majd összeszerelését. Ugyanakkor lehetőség van az antenna szoros csomagolására, valamint a stabilizáló- és tápegységrendszerekre.

A világűrben lévő kemény sugárzás továbbra is a világűrbe bocsátott űrhajók fő pusztító tényezője lesz. Ez a pusztulás részben az űrhajók sugárzónákban lévő nagy energiájú protonokkal történő bombázásának, valamint a napkitöréseknek köszönhető. Az ilyen bombázásból származó hatások tanulmányozása azt jelzi, hogy meg kell vizsgálni a megsemmisítési mechanizmusok lényegét és meghatározni a védőernyőként használt anyagok jellemzőit.

6. ábra. Az árnyékolás új alapelvei.
1 - szupravezető tekercsek; 2 - mágneses mező; 3 - az űrhajó pozitív töltése; 4 - elnyelő szita; 5 - plazma védelem.

Az új védelmi módszerek kidolgozásának ki kell terjednie a szupravezető mágnesekkel történő árnyékolás lehetőségének vizsgálatára is, amely jelentősen csökkenti a védőeszközök súlyát, és ezáltal növeli a hosszú távú repülésre szánt űrjárművek hasznos teherbírását.

A 6. ábra szemlélteti ezt az új ötletet, az úgynevezett plazma árnyékolást. A mágneses és elektrosztatikus mezők kombinációját használják a töltött részecskék, például a protonok és az elektronok eltérítésére. A plazmavédelem alapja a viszonylag könnyű szupravezető tekercsek által alkotott mágneses tér, amely az egész berendezést körülveszi. A toroid űrállomásokon a személyzet és a berendezések alacsony mágneses térerősségű zónában helyezkednek el. Az űrhajó pozitívan töltődik az elektronoknak a környező mágneses térbe való befecskendezése miatt. Ezek az elektronok az űrhajó pozitív töltésével egyenlő nagyságú negatív töltést hordoznak. Az űrhajót körülvevő világűrből pozitív töltést hordozó protonokat az űrhajó pozitív töltése taszítja. A készüléket körülvevő térben mozgó elektronok kisüthetik az elektrosztatikus teret, de ezt megakadályozza a mágneses tér, ami meggörbíti a pályájukat.

Az ilyen védőrendszerek súlyának az űrhajó térfogatától való függését a 6. ábra alsó része grafikusan szemlélteti. Összehasonlításképpen megadjuk a védőpajzs megfelelő súlyait, amely egy anyagréteg a sugárzás útján. Mivel az elektronáramlás mozgásának szabályozásához nagyon mérsékelt erősségű mágneses térre van szükség, a plazmapajzs tömege tipikus esetekben körülbelül 1/20-a a hagyományos elnyelő képernyő tömegének.

Bár a plazmaárnyékolás ötlete ígéretes, a világűrben való működésével kapcsolatban még mindig sok a bizonytalanság. Ezzel kapcsolatban jelenleg folynak elméleti és kísérleti vizsgálatok az elektronfelhő esetleges instabilitására vagy a porral és kozmikus plazmával való kölcsönhatásra vonatkozóan. Egyelőre alapvető nehézségeket nem találtak, remélhetőleg plazmavédelemmel lehet szembeszállni az űrsugárzással, amelynek tömegjellemzői sokkal jobbak lesznek, mint más típusú védelemé.

Belépés a légkörbe

Térjünk most rá a Föld és más bolygók légkörébe jutó űrhajók problémájára. A fő nehézség itt természetesen a légkörbe jutás során fellépő hőáramokkal szembeni védelem. Az űrrepülőgép kolosszális mozgási energiáját más típusú, elsősorban mechanikai és hőenergiává kell alakítani, különben az űreszköz vagy kiég, vagy megsérül. Az űrhajók belépési sebessége 7,6-18,3 km/s. Kisebb sebességeknél a hőáram fő része a konvektív hőáram, ~ 12,2 km/s feletti sebességeknél azonban az íjlökésből származó sugárzás hőárama kezd fontos szerepet játszani. A modern hővédő anyagok ~ 11 km/s sebességig hatékonyak az alacsony aerodinamikai minőséggel rendelkező járműveken, azonban 15,2-18,3 km/s sebességnél új anyagokra van szükség.

A 7. ábra segít megérteni, hogy a jövőben az emberes űrrepülőgépek légkörébe való belépés problémáinak megoldására miért lesznek nagy érdeklődésre számot tartó járművek, amelyek képesek jelentős emelést kifejteni. Az ordináta az emelőerő és az L / D ellenállási erő (aerodinamikus minőség) aránya hiperszonikus sebességnél, az abszcisszán pedig a belépési sebesség. Az aerodinamikai minőség javítására irányuló tendencia első jelei a Mercury, Gemini és Apollo űrszondák példáján láthatók. A jövőben a Föld körüli keringési repülések várhatóan elérik a szinkronpályák magasságát. A világűr e régiójából a Föld légkörébe belépő hajók sebessége elérheti a 10,4 km/sec-et (a 7. ábrán a „Szinkron pályák” feliratú függőleges vonal).

A más bolygókról, például a Marsról visszatérő emberes űrhajók belépési sebessége sokkal nagyobb. A kezdési időpont megfelelő megválasztásával és a Vénusz vonzerejének felhasználásával 12,2-13,7 km/s-t érnek el, míg közvetlenül a Marsról visszatérve a sebességek meghaladják a 15,2 km/s-t. Az ilyen magas belépési arányok iránti érdeklődés a bolygóról való közvetlen visszatérés módszerének nagyobb rugalmasságának köszönhető.

7. ábra: Az űrhajók aerodinamikai minőségének és a Föld légkörébe való bejutás sebességének növekedési tendenciái.

Ahhoz, hogy a hajó legénysége által tapasztalt g-erők ésszerű határokon belül maradjanak ilyen nagy belépési sebességnél, az Apollo űrszondához képest növelni kell az aerodinamikai emelőerőt. Ezenkívül az emelés növelése (helyesebben L / D aerodinamikai minőség) nagy sebességnél kibővíti a megengedett belépési folyosókat, amelyek a ballisztikus ereszkedő járműveknél nullára szűkülnek. Az emelés növekedésével a manőverezés és a leszállás pontossága is nő. Az űrrepülőgép felvonással történő repülésének egyik legfontosabb fázisa maga a megközelítés és a leszállás. Az alacsony sebességű emelőképességű űrrepülőgépek repülési jellemzői annyira eltérnek a hagyományos repülőgépekétől, hogy tanulmányozásukhoz két, a 8. ábrán látható repülőgépet kellett építeni. A felső készülék HL-10, az alsó M2-F2 indexű.

Rizs. 8. HL-10 és M2-F2 kutatórepülőgép.

Ezeket a járműveket állítólag B-52-es repülőgépek segítségével körülbelül 14 km-es magasságba emelik, és 0,8-ig terjedő Mach-számnak megfelelő repülési sebességgel dobják le. A HL-10 és M2-F2 űrhajókat kis hidrogén-peroxid rakétahajtóművek hajtják, amelyek változó aerodinamikai minőséget szimulálnak. Ezen hajtóművek segítségével lehetőség nyílik a leszállási megközelítés során a pálya dőlésszögének, valamint a statikus stabilitási ráhagyásnak a változtatására, hogy meghatározzuk a jövőbeni hasonló konfigurációjú emberes űrjárművek optimális repülési jellemzőit. Az ilyen alakú hajók súlya közel lesz a jövő űrhajóinak súlyához. És az űrhajók ezen modelljeihez hasonló hajót már létrehoztak, ez a „Shuttle” űrhajó.

Űrrepülőgép

Az orbitális űrsikló képes hiperszonikus sebességgel repülni a Föld légkörében. A jármű szárnyai többszárnyú vázzal rendelkeznek; a megerősített monocoque pilótafülke a szárnyakhoz hasonlóan alumíniumötvözetből készült. A raktérajtók grafit-epoxi kompozit anyagból készülnek. A készülék hővédelmét több ezer könnyű kerámialap biztosítja, amelyek a felület nagy hőáramnak kitett részeit fedik le.

Záró megjegyzések

Megpróbáltam rövid áttekintést adni az űrhajók légkörbe való belépésére szolgáló új anyagok, tervek és technikák fejlesztésének legújabb eredményeiről. Ez lehetővé tette bizonyos irányok kijelölését a jövőbeli kutatások számára. És úgy tűnik, én magam is tanultam egy kicsit az űrhajók segítségével történő űrkutatás problémáiról az emberi fejlődés jelenlegi szakaszában.

Az első űrrepülés óta eltelt közel hét évtizedben (nem számítva az előző húsz évnyi kutatást és kísérletet) az űrhajók (SC) tervezését folyamatosan fejlesztették. Az űrrepülőgép-szerkezetek fejlődéséhez jelentős mértékben hozzájárultak az úgynevezett "teszt" űrszondák, amelyeket kifejezetten szerkezeti elemek, rendszerek, szerelvények, szerelvények és blokkok valós űrrepülési körülmények között történő tesztelésére, tesztelésére, azok optimális felhasználási módjaira terveztek. és ezek egyesítése lehetséges módjai.

Ha a Szovjetunióban gyakorlatilag csak egy sorozat "Kosmos" űrhajók különféle módosításait használták széles körben automatikus tesztűrhajóként, akkor az USA-ban számos űrhajó létezik: "ATS", "GGTS", "0V", "Dodge". , "TTS", " SERT "," RW " stb.

Az űrrepülőgép-kialakítások széles választéka ellenére minden készülékben közös a ház megléte különféle szerkezeti elemekből (az úgynevezett „tartóberendezések”) és speciális (cél)elektronikai berendezésekből.

Az űrrepülőgép teste a szerkezeti és elrendezési alapja minden elemének és kapcsolódó berendezéseinek beépítésének és elhelyezésének. Például egy automata űrrepülőgép esetében a támogató berendezések legalább a következő fedélzeti rendszerek jelenlétét biztosítják: tájékozódás és stabilizálás, hőszabályozás, tápellátás, telemetria, pályamérés, vezérlés és navigáció, irányítás és szoftver, különféle végrehajtó szervek stb. Ezenkívül az emberes űrhajók és űrállomások életfenntartó rendszerekkel, vészmentő rendszerekkel stb.

Az űreszköz célberendezései viszont lehetnek optikai (optikai-elektronikai), fényképészeti, televíziós, infravörös, radar-, rádiótechnikai, spektrometriai, röntgen-, rádiókommunikációs és relé, rádiótechnikai, radiometriai, kalorimetriai stb.

Mindezek a rendszerek (felépítésük, funkcióik, konfigurációjuk stb.) a legmodernebb elektronikai alkatrészeket használják.

Az űrhajók konfigurációi természetesen rendeltetésüktől függenek, ezért jelentősen eltérnek egymástól - ezek az űrjárművek gyorsító- és lassítóegységei, amelyek magukban foglalják a meghajtó és korrekciós hajtóműveket, az üzemanyagtereket, aggregátumokat és a kiszolgáló rendszereket (amelyek biztosítják az űrjármű átállását alacsony pályáról magasabb vagy bolygóközi pályára, fordított átmeneteket hajtanak végre - magas pályáról alacsony pályára, pályaparaméterek korrekciója stb.).

Az űrhajó "elrendezésének" fogalma elválaszthatatlanul kapcsolódik az űrhajó tervezéséhez - az alkotóelemek legracionálisabb és legsűrűbb térbeli elrendezéséhez. Ebben az esetben megkülönböztetjük az űrhajó belső és külső (aerodinamikai) konfigurációját.

Egy adott űrhajó tervezésének kidolgozása meglehetősen nehéz feladat, mivel sok olyan tényezőt kell figyelembe venni, amelyek gyakran ellentmondanak egymásnak. Például biztosítani kell a minimális számú kommunikációt az űrhajó és a földi komplexum között (különösen a hordozórakéta esetében), a legénység biztonságát és kényelmét (emberes űrhajók esetén), a biztonságos üzemeltetést és karbantartást az indítóhelyen, ill. repülés közben biztosítva a meghatározott stabilitási, irányíthatósági, hőviszonyokat és az űrhajó aerodinamikai jellemzőit és még sok mást.

Az űrrepülőgép-tervezők dolgát nehezíti, hogy megoldásuk optimálisságának kritériuma nemcsak az űrjármű tömegének minimalizálása, hanem annak költsége és elkészítési ideje is garantált megbízhatósági paraméterek, multifunkcionalitás stb.

A Föld első űrhajója „Vostok 1”, amely az első embert földközeli pályára emelte.

Mint ismeretes, a hajóról felbocsátott űrszonda egyetlen (de az emberiség történetében először) forradalmat hajtott végre a Föld körül, és a repülés teljesen automatikus üzemmódban zajlott, amelyben az első űrhajós mintegy , "utas", aki készen áll arra, hogy bármikor átváltsa az irányítást... Bár a valóságban a mi besorolásunk szerint nem "emberes" repülésről volt szó, hanem teljesen automata üzemmódban, de pontosan ez az eset, amikor a besorolás nem mindig tükrözi megfelelően a folyamatban lévő folyamat lényegét (jelenség, esemény).

A Voyager sorozat egyik első (1977) nagy hatótávolságú űrszondája (az úgynevezett "űrszonda") (a leghíresebb űrszondák a Voyager-1 és a Voyager-2). Egyes irodalmi források szerint ez az 1977. szeptember 5-én felbocsátott, kutatásra és közvetlen környezetére szánt, 723 kilogramm súlyú automata szonda alkotói meglepetésére továbbra is üzemképes, és ezzel összefüggésben még teljesít is. egy új (kiegészítő) küldetés - a Naprendszer határainak elhelyezkedésének meghatározása, beleértve a "" (), bár a fejlesztők terve szerint eredeti fő küldetése csak kettő tanulmányozása volt - és (ez volt a az első szonda, amely részletes képeket készít ezen bolygók összes műholdjáról)

Az űrhajó ilyen hosszú aktív fennállása elsősorban annak köszönhető
a legelfogadottabb mérnöki megoldások az elektronika létrehozásakor
fedélzeti berendezések, a komplexumhoz megfelelő elektromos és elektronikus berendezés hozzáértő megválasztásával
fedélzeti rendszereinek