Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
1. При их проведении, когда исследуются процессы теплообмена элементов КА между собой и с окружающей средой, необходима имитация тепловой части внешнего электромагнитного излучения, имитация поглощения излучения космическим пространством и вакуума в пределах 10~3 — 10~4 Па.
2. Особое влияние на тепловое состояние оказывают вакуум (в табл. 2.7 приведены ориентировочные уровни вакуума, необходимого для имитации в стендовых условиях различных физических явлений, характерных для космического пространства), жесткие составляющие электромагнитного излучения, включая ультрафиолетовое, потоки протонов и электронов и др.
3. При отработке работоспособности узлов трения, электроконтактных механизмов, пиросредств, уплртнений в условиях космического пространства необходима имитация явлений десорбции поверхностных пленок, диффузии твердых веществ в вакууме. Для этого кроме воспроизведения внешних тепловых потоков требуется имитация более высокого вакуума (КГ6 — 10"8 Па).
Таблица 2.7
УРОВНИ ВАКУУМА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
Явления, исследуемые в вакууме Требуемый вакуум, Па
Механическая прочность герметичных корпусов КЛА при воздействии перепада давлений 1,3 103
Конвективная теплопередача От 10"5 до 1,3 10'2
Теплопередача излучением Ниже 1,3 10'2
Диэлектрическая прочность Ниже 1,3 10~3
Электрические разряды и пробой Ниже 1,3 10*5
Процессы в ионных и плазменных двигателях Ниже 1,3 10'5
«Холодная» сварка Ниже 1,3 10"5
Поверхностные эффекты От 1,3 10"5 до 1,3 10'7
«Сухое трение» Ог 1,3 10'5 до 1,3 10~12
Химическое взаимодействие остаточного газа От 1,3 10"5 до 1,3 10~12
211
В качестве экспериментальных средств для проведения теплова» куумных испытаний используют вакуумные камеры различных объемов, где размещаются имитаторы солнечного и планетного излучения, а также экраны, охлаждаемые криогенными жидкостями для обеспечения «черноты» и «холода» космического пространства.
На рис. 2.99 показана принципиальная схема тепловакуумной камеры «Дженерал электрик» с искусственной системой излучения (ИСИ) неосевой оптической схемы.
2.3.3.
Теплостатические испытания
Необходимость проведения теплостатических испытаний КЛА или его элементов возникает в тех случаях, когда на конструкцию в процессе эксплуатации действуют одновременно такие нагрузки, как высокие и низкие температуры, статические, вибрационные и линейные инерционные перегрузки, ударные нагрузки, акустические воздействия и т.д.
На примере изменения удельной прочности в зависимости от температуры (рис 2.100) можно показать, что с повышением температуры удельная прочность материалов ав /у, т.е. отношение предела прочности ав к удельному весу у, снижается, и при определенной критической температуре один материал необходимо заменить другим, более жаропрочным (стойким). Изучение влияния длительности воздействия повышенных температур на механические характеристики конструкционных материалов особенно важно, когда температуры элементов конструкции близки к пределу применимости материалов, а также когда конструкция предназначена для длительной эксплуатации.
Классическая методика проведения статических испытаний предусматривает постепенное увеличение нагрузки, прикладываемой к конструкции ЛА небольшими ступенями. Величина ступеней обычно не превышает 10% от расчетной нагрузки.
При теплостатических испытаниях ЛА такая методика не годится. Необходимо согласовывать по времени программы нагружения и нагревания, для того чтобы получить те же комбинации тепловых и механических нагрузок, которые имеют место в полете. Силовое и тепловое нагружения на элементы конструкции ЛА являются известными функциями времени. В процессе тепловых механических испытаний целесообразно воспроизводить нагрузки и температурные поля в натурном масштабе времени, причем из всех возможных траекторий следует выбирать ту, для которой сочетание нагрузок и температур наименее благоприятно по условиям прочности. Однако не всегда удается
212
однозначно определить самую опасную расчетную траекторию. На одной из них могут быть, например, максимальные нагрузки и невысокие температуры, а на другой, наоборот, самые высокие температуры, но небольшие нагрузки. В этом случае испытания должны предусматривать проверку прочности ЛА при температурных полях и нагрузках, соответствующих всем опасным траекториям.
Рис. 2.100. Зависимость удельной прочности ов /у материалов от температуры: / - бериллиевый сплав (до 870 К); 2 - алюминиевые сплавы (длительно -до 420 К, кратковременно - до 520 К); 3 - титановые сплавы (до 770 К); 4 - сталь (до 870 - 920 К); 5 - никелевые сплавы (до 1170 К); б - ниобиевый сплав (до 1570 К); 7 - молибденовый сплав (до 2270 К); 8 - вольфрам (до 2270 К)
Надо помнить, что основным требованием при тепловых и механических испытаниях является наиболее точное по отношению к полетным условиям сочетание тепловых и силовых режимов нагружения, а все допущения, которые предусматриваются коэффициентом безопасности, должны идти в запас прочности.
При выборе программ тепломеханических испытаний необходимо помнить, что основным требованием является воспроизведение нестационарных температурных полей, так как именно они представляют наибольший интерес для какого-либо момента времени, а это можно сделать только при условии воспроизведения полной программы напева.
