Прочность космических аппаратов

Прочность космических аппаратов 573 Пульсация давления в камере 455 Пушка магнитная 550 [c.724]

Как правило, требуемый срок службы летательных аппаратов в авиационной технике значительно выше, чем в космической. В прошлом космические аппараты предназначались для разового использования. Основные силовые нагрузки оказывались на конструкцию в течение первых минут при старте, а основные термические нагрузки имели место либо на старте, либо при входе в плотные слои атмосферы (в случае возвращения аппарата). Деградацию материала под действием повторяющихся нагрузок (усталость) или постоянной нагрузки при повышенной температуре (ползучесть) можно было серьезно не учитывать. Таким образом, до последнего времени в космической технике практически игнорировались принятые в авиастроении понятия срока службы, продолжительности безотказной работы и остаточной прочности. [c.96]

Максимальные нагрузки на несущую конструкцию космического корабля Аполлон длятся около 15 мин, тогда как гражданский или военный самолет должен прослужить порядка 25 000 — 60 000 ч, поэтому, казалось бы, использование композиционных материалов в космических аппаратах сопряжено с меньшим риском. Но, с другой стороны, возрастающие требования к надежности и меньшие коэффициенты запаса, фигурирующие в космической технике, повышают значение статической прочности. Далее, разрушение обитаемого космического корабля связано потенциально с большей вероятностью гибели экипажа и с большим материальным ущербом, чем гибель самолета. В результате к использованию композиционных материалов при разработке пилотируемого космического корабля подходят со значительно большей осторожностью, чем в авиастроении, [c.96]

Расчет силовых конструкций. Конструкторам самолетов, управляемых снарядов, искусственных спутников не разрешается прибегать (из-за ограничений в габаритах и весе) к утяжелению конструкции, обычно допускаемому конструкторами неподвижных сооружений или изделий, предназначенных для передвижения по земле. Конструкторы космических аппаратов работают с дробными запасами прочности и для подтверждения правильности своих конструктивных расчетов в значительной степени полагаются на испытания с доведением образцов до разрушения. Они прибегают к [c.34]

Рассмотренные закономерности разрушения бороалюминия, предложенный интегральный критерий разрушения и экспериментальные значения характеристик трещиностойкости являются основой для расчетов на прочность и долговечность элементов конструкций, выполненных из волокнистых композиционных материалов, при наличии технологической и эксплуатационной дефектности. Результаты исследований были использованы для обоснования уровня нагруженности и требований дефектоскопического контроля стержневых элементов ферменных конструкций, применяемых при разработке космических аппаратов в НПО Прикладная механика . [c.253]

Благодаря высокой прочности и теплостойкости ниобиевые сплавы широко используют в наиболее напряженных узлах ракет, космических аппаратов и скоростных самолетов. [c.592]

Ответственные элементы многих современных машин и аппаратов подвергаются при эксплуатации интенсивным воздействиям переменных (часто циклических) температурных полей и механических нагрузок. Число циклов за срок службы может быть невелико (до 5 10 ), и тогда долговечность лимитируется условиями малоциклового разрушения. При чередовании переходных режимов работы, для которых характерно быстрое изменение нагрузок и температур, со стационарными длительными нагружениями существенное влияние на процессы деформирования и разрушения оказывает ползучесть. В таких условиях работает разнообразное технологическое оборудование металлургической и химической промышленности (засыпные устройства и колосники печей, кристаллизаторы, валки прокатных станов и машин для непрерывного литья заготовок, чаши, химические реакторы и др.), а также элементы газовых и паровых турбин (диски, лопатки, камеры сгорания), космических аппаратов и сверхзвуковых самолетов, активной зоны ядерных реакторов. Обеспечение их прочности и долговечности — сложная научно-техническая проблема, актуальность которой возрастает в связи с непрерывным повышением требований к технико-экономическим показателям и надежности машин и аппаратов. [c.3]

Большинство исследователей газовой эрозии видели причину механического разрушения поверхности материалов в различных процессах, сопровождающих эрозию. Этим взглядам не в малой степени способствовал тот факт, что напряжения трения на поверхности материалов даже в таких тяжелых условиях, как например, при входе космических аппаратов в плотные слои атмосферы, невелики и значительно меньше предела прочности материала на сдвиг. [c.441]

Такая система охлаждения, имеющая несомненную аналогию с тепловой защитой теплокровных живых организмов, в жидкостных ракетных двигателях, однако, распространения не получила. Пористые камеры сложны в изготовлении, имеют большой вес и низкую прочность. О такой тепловой защите можно еще говорить как о предположительно перспективной для спускаемых с орбиты космических аппаратов, и то при условии реального весового выигрыша. Но тепловая защита спускаемых аппаратов реализуется в настоящее время другим вполне надежным способом, с помощью термостойких покрытий, что в принципе роднит ее с тепловой защитой сопел твердотопливных двигателей. [c.195]

Проведенные исследования показали, что ЭРД, питаемые электроэнергией от солнечных батарей, имеют преимущества по сравнению с ЖРД при применении в качестве исполнительных органов систем ориентации, стабилизации и коррекции орбит автоматических космических аппаратов с длительным сроком активного существования, функционирующих на высоких околоземных орбитах, в частности, на геостационарной орбите. Целесообразным является также использование ЭРД с ядерным или солнечным источником энергии в качестве маршевой двигательной установки космических буксиров, предназначенных для экономичной транспортировки на высокие околоземные орбиты тяжелых полезных нагрузок, а также элементов крупногабаритных конструкций, собранных на низких околоземных орбитах (200 - 400 км) и не выдерживающих по условиям прочности и устойчивости больших перегрузок, обычно создаваемых ЖРД. [c.188]

Наибольшее применение боропластики нашли в авиационной и космической технике. Благодаря высокой прочности и жесткости при сжатии их используют в конструкциях деталей летательных аппаратов балок, стрингеров, стоек шасси. [c.321]

Современная техника предъявляет новые требования к материалам. Вал<нейшее требование авиакосмической техники — создание крупногабаритных конструкций, обладающих малой массой. К таким конструкциям относятся крупные высокоэффективные самолеты, такие, как Боинг 747, антенны дальней связи, тяжелые ракеты для доставки грузов в космос, космические летательные аппараты и крупное, высокоскоростное обрабатывающее оборудование. Одной из проблем, возникающих при создании таких конструкций, является так называемая квадратно-кубическая зависимость прочность и жесткость конструкций возрастают пропорционально квадрату линейных размеров, в то время как масса конструкций увеличивается пропорционально кубу линейных размеров. В связи с этим, для того чтобы сделать эти конструкции достаточно мобильными и эффективными, необходимо оптимальное конструирование, требуются новые, лучшие материалы. [c.420]

Рекомендовано учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебника для студентов, обучающихся по специальностям Динамика и прочность машин , Ракетостроение , Космические летательные аппараты и разгонные блоки [c.1]

Мартенситностареющие стали используют для изготовления шасси самолетов, оболочек космических летательных аппаратов и т. д. Используют их и для криогенной техники, так как и при отрицательных температурах они обладают высокой прочностью в сочетании с достаточной пластичностью. [c.233]

Вред коррозии многообразен помимо выхода из строя машин, аппаратов, станков, приборов и других изделий, ухудшаются технические свойства еще не отживших изделий усиливается трение, снижаются пластичность, твердость, прочность, электропроводность. Условия, в которых работают металлические изделия в ряде современных отраслей техники (в реактивной, авиационной, космической навигации, химических производствах и др ), а именно высокие температуры и давления, переменные нагрузки, агрессивные среды и т. п., особенно благоприятствуют коррозионным процессам и вынуждают принимать различные методы борьбы с ними. [c.127]

С другой стороны, на спутнике можно испытать прочность костюмов астронавтов, работу различных аппаратов и, вообще, всей материальной части космического корабля. [c.90]

Если даже незначительная часть тормозного излучения или нейтронного излучения просочится в конструкцию летательного аппарата, то температура ее быстро повысится выше допустимого предела. К сожалению, но-видимому, невозможно излучить эту энергию в космическое простран- ство при любых мыслимых размерах поверхностей излучателей. Одним из способов отвода этого тепла является использование охладителя, который выбрасывается за борт корабля, когда его температура достигает максимально допустимой по условиям прочности конструкции. Если принять во внимание этот дополнительный расход массы, то значение эффективного удельного импульса быстро уменьшится до обычных величин. Однако дело можно спасти. Если охладитель смешать с заряженными продуктами реакции и смесь использовать в качестве рабочего тела, то можно получить значения удельного импульса, хотя и значительно меньшие, чем 10 сек, но большие, чем развиваемые химическими ракетными двигателями. [c.557]

В космическом пространстве могут иметь место большие термические деформации оболочки летательного аппарата, одна сторона которого нагревается солнцем, а другая излучает тепло в пространство. Эти деформации, возможно, и не вызовут уменьшения прочности конструкции но они могут изменить установленное направление тяги относительно линии, проходящей через центр массы летательного аппарата, и затруднить наведение и управление им. [c.573]

При полете в космическом пространстве нужно учитывать влияние космической радиации различных видов на материал корабля. Известно, что космическая радиация приводит к нарушениям в атомной структуре металлов если эти нарушения достаточно велики, то усталостная прочность (а возможно, и другие свойства) материала может значительно уменьшиться. Ультрафиолетовое излучение оказывает вредное влияние на многие пластики, превращая их в хрупкие вещества. Следовательно, необходимо иметь информацию о влиянии космической радиации на свойства материала, прежде чем предпринять серьезный космический полет. Такая информация должна быть получена от спутников-лабораторий, на борту которых образцы материалов находятся в различных условиях нагрузки и при различных формах радиационной защиты, если это необходимо. Проблемой является также эрозия поверхности летательного аппарата метеоритной пылью этот вопрос также можно изучить при помощи спутников-лабораторий, которые должны возвращаться на Землю, чтобы можно было подробно изучить изменение свойств материалов. [c.574]

Сочетание высокой коррозионной стойкости и удельной прочности в жидких щелочных металлах и их парах делает молибден и его сплавы одним из лучших материалов в автономных энергетических установках для космических аппаратов. В последние годы в этом направлении достигнуты значительные успехи. Например, по данным работ [169а, 186а], турбинные лопатки (см. рис. 1.2) из молибденовых сплавов TZM успешно выдержали длительные испытания в опытных установках, где качестве рабочей среды использовали пары цезия и калия. После испытания в опытной турбине в течение 3000 ч при температуре 750°С и скорости потока 160 м/с потеря массы лопаток составляла всего лишь 0,029%, а максимальная глубина коррозии менее 0,025 мм. Благодаря высокому модулю упругости и высокому пределу текучести, молибденовые сплавы типа TZM являются хорошим материалом для пружин, работающих в жидких металлах при температуре 800—1000° С. Такие пружины, покрытые никелем или дисилицидом молибдена, могут быть использованы также в окислительной среде при высоких температурах. Высокий модуль упругости, отсутствие взаимодействия с жидкими металлами и хорошая теплопроводность сделали молибден и его сплавы одним из лучших материалов для изготовления прессформ и стержней машин для литья под давлением алюминиевых, цинковых и медных сплавов. [c.146]

Методы подсчета абсолютного числа частиц неприемлемы в качестве стандартных из-за их сложности и продолжительности поэтому были предложены другие методы. Например, чистота жидкостей для гидравлических систем для космических аппаратов оценивалась при прохождении через образец параллельных лучей света по эффекту Тиндаля. При помощи образца эталонной жидкости, содержащей частицы определенной величины, установлено, что частицы до 5 мк можно обнаружить невооруженным глазом. Другие методы основаны на применении отраженного ультразвука, счетчика Колтера, основанного на определении электрической прочности, и электронного счетчика Хика, основанного па использоваиип источника света и фото-электрич,еского элемента. Некоторый успех был достигнут при использовании весовых и объемных методов оценки загрязнений. Работа по дальнейшему совершенствованию указанных методов должна продолжаться. [c.151]

С болты следует изготовлять из высокопрочных легированных сталей. Тяжело нагруженные болты, предназначенные для использования при более низких температурах, должны изготовляться из коррозионно-стойких сталей переходного класса 07Х16Н6 и 1Х15Н4АМЗ-Ш. Эти стали наряду с высокой коррозионной стойкостью характеризуются высокими пластичностью и ударной вязкостью при очень низких температурах. Болты из стали 07Х16Н6, например, сохраняют высокие прочность и ударную вязкость (ан = 80. .. 95 Дж/см ) вплоть до == —253 и (температура жидкого азота) и могут длительно работать при = —196... 400 °С и кратковременно до 500 °С. Эти свойства особенно важны для болтов, используемых в космических аппаратах. В табл. 5.17 приведены механические характеристики отечественных сталей для изготовления болтов, работающих при низких температурах. [c.174]

Композиционные материалы, армированные углеродными волокнами. Армированные углеродными волокнами композиционные материалы в зависимости от типа матрицы делятся на армированные пластмассы и армированные металлы. Рассмотрим их особенности на примере широко применяемых на практике углепластиков. Как следует из данных, приведенных в табл. 1.1, среди всех армируюшлх волокон только арамидные волокна имеют плотность, меньшую плотности углеродных волокон. Но высокопрочные углеродные волокна прочнее арамидных, а высокомодульные углеродные волокна имеют модуль упругости, близкий к модулю упругости борных волокон. Поэтому именно углеродные волокна нашли широкое применение в конструкциях, которые должны иметь ограниченный вес. Среди всех армированных пластмасс углепластики обладают наиболее высокими стойкостью к усталостным испытаниям и долговечностью. Углепластики хорошо проводят электрический ток и могут использоваться для изготовления плоских нагревательных панелей. Углепластики плохо пропускают рентгеновские лучи. Они имеют очень низкий коэффициент линейного расширения и оказываются наиболее подходящими материалами для конструирования космических аппаратов, подвергаюшлхся значительным перепадам температур между солнечной и теневой сторонами. В то же время они хрупки и обладают низкой ударной прочностью. Поэтому во многих случаях предпочти- [c.23]

Исследования структуры и свойств мартенситно-стареющих сталей (гл. 6) проводили с целью разработки оптимальных режимов термообработки композитных конструкций, обеспечивающих повышение прочности изделий. Это имеет важное практическое значение при создании конструкций, работающих в агрессивных средах, при высоких давлениях и теплообмене. Исследования характеристик трещино-стойкости волокнистого бороалюминиевого композита (гл. 8) были предопределены необходимостью оценки несущей способности элементов ферменных конструкций космических аппаратов с учетом влияния технологических и эксплуатационных дефектов. Интенсивное развитие нанотехнологий, использующих новый класс материалов — ультрадисперсные порошки химических соединений, привело к резкому увеличению числа работ по их практическому применению для повышения качества металлоизделий. Результаты 20-летних исследований в этом направлении представлены в гл. 9. Широкие перспективы использования керамических материалов, в частности конструкционной керамики на основе оксида алюминия, а также проведенные исследования обозначили ряд проблем при изготовлении изделий — недостаточная эксплуатационная надежность, хрупкость, сложность формирования бездефектной структуры. Отсюда возникли задачи исследования трещиностойкости керамики в связи с влиянием структуры, свойств и технологии ее получения (гл. 10). [c.9]

Требования снижения металлоемкости конструкций при одновременном повышении прочности и надежности обусловливают разработку новых конструкционных материалов, среди которых необходимо выделить композиционные материалы с металлической матрицей. Учитывая широкое использование данного класса материалов при создании конструкций транспортного и химического машиностроения, ракетно-авиационной и космической техники, исследование процессов их разрушения представляет собой важную задачу механики конструкционного материаловедения. В ряду композитов с металлической матрицей особое место занимает бороалюминий — материал на основе алюминия, упрочненного волокнами бора. Бороалюминиевый волокнистый композиционный материал (ВКМ) обладает высокими удельными показателями прочности и жесткости, высокой стабильностью механических характеристик при повышенных температурах. Благодаря уникальным свойствам данного материала, его используют в несущих конструкциях космических аппаратов и авиационной техники [1, 2]. [c.224]

Бурное развитие сверхзвуковой авиации и космической техники, в том числе разработка конструкций возвраш,аемых космических аппаратов, которые должны успешно преодолевать плотные слои атмосферы, вызвало необходимость интенсивных поисков материалов для абляционных покрытий. Основными функциями абляционного слоя является предотвращение перегрева и разрушения летательного аппарата. Наибольшее распространение в качестве абляционных покрытий получили композиционные материалы на основе полиамидных волокон и фенолоформальдегидных свя-зуюш,их. Однако, как отмечает Энгел [54], использование таких материалов в ракетах земля — воздух является нежелательным, поскольку в процессе их абляции наблюдается выделение ионов, создающих радиопомехи, что затрудняет осуществление радиоуп-равлення ракетами. Считают, что во избежание этого, необходимо применять особо чистые композиции, в частности на основе кремнеземного волокна, содержащего менее 25 млн , и эпоксидно-кремнийорганического связующего. В процессе абляции такого материала происходит обугливание отвержденного эпоксидного связующего и образование вспененного кремнийорганического полимера в процессе газоотделения и сублимации. Армирующий волокнистый наполнитель обеспечивает прочность материала. [c.342]

Ракетостроение и космонавтика — одни из самых молодых отраслей науки и промышленности. Их сравнительцо малый возраст объясняется прежде всего теми трудностями, с которыми столкнулся человек в борьбе с земным тяготением. Проблема соотношения веса конструкции ракеты и ее прочности, пример,. наглядно иллюстрирующий диалектический закон единства и борьбы противоположностей, — нигде не стоит, пожалуй, так остро, как в ракетостроении. Чтобы создать современные средства космической техники, необходимо использовать все достижения научно-технической революции и легкие высокопрочные материалы, и самую прогрессивную технологию, и новые методы расчета и проектирования. Успешное овладение этими методами, отличительные черты которых — самое широкое применение ЭВМ, должно стать главной целью для вас, будущих строителей ракет и космических аппаратов. [c.3]

Иногда (в баллистических ракетах и космических аппаратах) применяют бе-риллиевые болты, которые по отношению прочности при срезе к массе превосходят титановые и стальные болты. [c.193]

Планетоцентрическая скорость входа космического аппарата в сферу действия Венеры минимальна при гомановской траектории перелета и равна 2,709 км/с. Соответствуюш,ая минимальная скорость падения равна 10,713 км/с. Можно ее принять за скорость входа в атмосферу (за радиус планеты 6050 км принимается радиус ее верхнего слоя облаков). При негомановском перелете скорость входа больше, так как гелиоцентрический подлет к Венере осуществляется под углом к ее орбите. Чрезвычайно плотная атмосфера Венеры позволяет осуществить аэродинамическое торможение, но предъявляет очень высокие требования к прочности спускаемого аппарата. [c.387]

При транспортировке на ГСО крупногабаритного космического аппарата, собранного на опорной орбите, принципиальное значение имеет выбор рациональных перегрузок. Величина перегрузок накладьшает вполне определенные требования на прочность и устойчивость самих конструкций, а следователыю, и их массовые характеристики. Использование для транспортировки двигателей малой тяги, которые создают минимальные перегрузки, позволяет работать с ажурными конструкциями, обладающими сравнительно малой массой. [c.208]

Основным ДОСТОИНСТВОМ этих материалов является высокая удельная прочность. Поэтому, используя арамидные волокна, можно снижать вес конструкций, что оказывается весьма эффективным с точки зрения улучшения технико-экономических характеристик летательных аппаратов и I. д. Например, если сравнивать характеристики армированных пластиков на основе волокон KEVLAR49 и других волокон, то из данных табл. 8.2 следует, что можно снизить вес изделий на основе арамидных волокон по сравнению с изделиями на основе стеклянных волокон примерно на 50% и на основе углеродных волокон примерно на 20%. Поэтому материалы на основе волокон KEVLAR49 используются для изготовления элементов конструкций космического корабля Спейс шаттл (рис. 8.5). [c.264]

Наибольшее применение бо-ропластики нашли в авиационной и космической технике. Их высокая прочность и жесткость при сжатии используются в конструкциях деталей летательных аппаратов балок, стрингеров, стоек шасси. Широко используются боропластики в качестве подкрепляющих усиливающих элементов металлических [c.293]

У бериллия очень высокие удельные прочность и жесткость. По этим характеристикам, особенно по удельной жесткости, Be значительно превосходит высокопрочные стали и сплавы на основе алюминия, магния, титана. Бериллий обладает большой скрытой теплотой плавления и очень высокой скрьггой теплотой испарения. Высокие тепловые и механические свойства позволяют использовать бериллий в качестве теплозащитных и конструкционных материалов космических летательных аппаратов (головные части ракет, тормозные устройства космических челноков, оболочки кабин космонавтов, камеры сгорания ракетных двигателей и т.д.). Высокая удельная жесткость в сочетании со стабильностью размеров, высокой теплопроводностью и др. свойствами дают возможность использовать бериллий при создании высокоточных приборов (детали инерциаль-ных систем навигации - гироскопов и др.). [c.115]

В заключение сделаем следующее замечание. Из рис. П2.9 видно, что градиентно-гравитационные силы инерции приводят к деформациям растяжения тела в направлении радиуса Гик деформациям сжатия в поперечных направлениях. У тел небольших размеров, таких как летательные аппараты, эти деформации и сопутствующие им вн>треннне напряжения ничтожно малы. Они совершенно не опасны для прочности летательного аппарага. Однако у тел планетарных масштабов градиентно-гравитационные снлы могут стать достаточными для их разрушения. В качестве примера сошлемся на известную в космологии гипотезу, согласно которой имеющийся в Солнечной системе между орбитами Марса и Юпитера пояс астероидов представляет собой остатки некогда существовавшей планеты Фаэтон, разрушенной вследствие космической катастрофы. По одной нз версий причиной разрушения [c.547]

Во время старта и полета летательного аппарата в атмосфере со сверхзвуковой скоростью вся конструкция, в том числе и баки, подвержена действию акустических вибраций, обусловленных как работой силовой установки, так и наличием пограничного слоя. Эти вибрации могут вызвать достаточно интенсивные резонансные колебания тонкой структуры, приводящие к разрушению конструкции. После того, как летательный аппарат выйдет за пределы атмосферы, вибрации работающего двигателя, передающиеся по конструкции, могут вызвать местные резонансные колебания, влияющие на усталостные характеристики констр5> кции снаряда. Эти проблемы вибраций в общем не существенны с точки зрения прочности конструкции для снарядов, так как полное время полета снаряда относительно мало, и снаряд не предназначен для выполнения более чем одного полета. Время жизни спутников и космических летательных аппаратов значительно больше, и в этом случае нужно учитывать возможность усталостного разрушения. [c.573]

Очевидно, что некоторые из задач, которые стоят перед конструктором ракетных летательных аппаратов сейчас и которые встанут перед ним в будущем, будут решены тогда, когда будут разработаны новые, высокопрочные, температуростойкие и высокожесткие материалы. Однако успех или неуспех космического летательного аппарата будет сильно зависеть от степени точности структурного анализа и расчетного искусства более точный анализ позволяет исключить весь лишний вес без уменьшения прочности, безопасности и надежности летательного аппарата. Наилегчайшей конструкцией всегда будет та, в которой напряжения во всех частях будут одинаково высоки и в которой форма каждой детали космического летательного аппарата приспособлена для увеличения несущей способности конструкции. При космических полетах вес является жизненно важным фактором, по крайней мере в настоящее время, и к этим полетам нельзя относиться легко. [c.577]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...