Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
47
Все внешние поверхностные нагрузки подразделяют на квазистатические (статические), относительно медленно изменяющиеся по времени, и на динамические, вызывающие упругие колебания конструкции ЛА.
Эффект динамического действия внешних поверхностных сил (проявляющийся в возбуждении упругих колебаний) зависит главным образом от динамических характеристик конструкции самого аппарата. Поэтому обычно в качестве критерия указанной классификации выбирается период (или частота) свободных упругих колебаний конструкции в целом или ее частей и элементов. Если время изменения внешней поверхностной нагрузки велико по сравнению с рассматриваемым периодом свободных упругих колебаний (чаще всего низких тонов), то она относится к категории статических или квазистатических, и наоборот. Таким образом, одна и та же внешняя сила в одном случае на-гружения может считаться квазистатической, а в другом случае — динамической.
Тепловые нагрузки (характеризуемые скалярным полем температур) чаще всего оказывают заметное влияние на прочность конструкции тех ЛА, скорости движения которых в относительно плотных слоях атмосферы сравнительно велики (начиная со скоросп порядка 2,5 М и выше). Это может проявляться в изменении физико-механических свойств материалов, в появлении эффекта ползучести I дополнительных температурных деформаций. В некоторых случая! нагрев конструкции может приводить к изменению жесткости отделы ных частей, а следовательно, и к изменению характера распределена^ внешних поверхностных нагрузок и динамических характеристик од мой конструкции.
Следует также учесть, что на выравнивание температуры по масс^ материала требуется время, определяемое теплофизическими пар» метрами материалов. Поэтому возможно неравномерное распредели ние температуры по элементам конструкции ЛА с существенно неста| ционарным режимом движения в плотных слоях атмосферы, т.е. воя никновение дополнительных температурных напряжений. Деформя ция конструкции при неравномерном нагреве подобна деформаций обусловленной статическим действием некоторой эквивалентной си<| темы внешних сил.
Учитывая изложенное, при проектировании многих КЛА приним*1 ют соответствующие меры к устранению или снижению степени ВЛ1 яния тепловых нагрузок на несущую способность конструкции. В 01 дельных случаях для этой цели разрабатываются специальные тешИ защитные покрытия и даже теплозащитные системы. Параметры эП покрытий (или систем) определяются уровнем внешних тепловых п< токов и особенностями конструкции аппаратов, свойствами материал и уровнем напряженного состояния.
48
При нестационарных процессах нагрева возможно проявление и динамического эффекта теплового нагружения. В принципе возможно даже возбуждение колебаний тонкостенных конструкций посредством импульсивных тепловых воздействий.
Таким образом, условия внешнего нагружения конструкции КЛА характеризуются векторным полем внешних силовых воздействий и скалярным полем температур. Параметры этих полей являются функцией времени движения КЛА.
Практически функции внешнего силового и теплового нагружения регламентируются (в некоторых пределах) программой эксплуатации или профилем полета КЛА. В соответствии с такой программой всегда можно выделить серию указанных режимов нагружения для основных частей конструкций.
Глава 2.
НАЗЕМНАЯ ОТРАБОТКА КЛА
2.1.
Стендовая база для испытаний
В настоящее время стендовые испытания КЛА про-водят как на натурных объектах, так и с помощью математического или физического моделирования (рис. 2.1).
Стеилмые
КЛА
Натуркые
Аналоговые
Автавомшые
Рис. 2.1. Классификация стендовых испытаний КЛА
Основным достоинством математического моделирования является его сравнительно невысокая стоимость. Но есть у него и существенные недостатки. Для математического моделирования нужно знать достаточно большое количество коэффициентов, позволяющих описать условия функционирования испытуемого объекта. При составлении математической модели обычно делается много допущений и упрощений, поэтому математическое моделирование является неполным.
Под физическим моделированием понимают замену изучения интересующего нас явления в натуре изучением аналогичного, физически подобного ему явления на модели меньшего масштаба в лабораторных условиях. По результатам опытов с моделями делают заключение о характере эффектов и физических величинах, определяющих явление в натурных условиях.
Если рассматривать структурную схему материального обеспечения испытательных работ, то наиболее крупной единицей является стендовая база, предназначенная для экспериментальной отработки определенного класса КЛА.
50
Стендовая база представляет собой совокупность испытательных комплексов. Наземные испытательные стендовые комплексы позволяют имитировать физические воздействия, которым подвергается КЛА в натурных условиях. Испытательные стенды могут объединяться по направлениям и образовывать, например, комплексы механических, тепловых, климатических, электрических, биологических, химических, магнитных, электромагнитных и радиационных испытаний. Каждый испытательный комплекс объединяет ряд близких по назначению и имитирующих однородные нагрузки испытательных стендов. Сложность испытательных стендов зависит от требуемой полноты имитации воздействий внешних условий и размеров испытуемых объектов.
