Углесотопласт - легкий и прочный заполнитель трехслойной конструкции космического назначения

Представлены результаты моделирования течений сжимаемой пересыщенной паровой среды внутри парового канала в виде сопла, близкого к соплу Лаваля. Торможение потока пересыщенного пара при конденсации приводит к образованию вихрей, и возникающие между ними взаимодействия обусловливают пульсационный распад вихрей, рост статического давления и сложные возвратные течения. Расчеты показывают, что торможение потока в ходе пульсаций ведет к увеличению области рециркуляции и интенсификации объемной конденсации. При всех рабочих параметрах тепловых труб наблюдался пульсацион-ный режим течения двухфазного парового потока и пленочный тип конденсации. Толщина пленки конденсата не превышает 3^5 цш и оказывается модулированной.

Коэффициент теплопередачи через поперечное сечение ТТ с паровым каналом в виде сопла, близкого к соплу Лаваля, равен (22±2)104 W/m2K, коэффициент теплопередачи через поперечное сечение ТТ с цилиндрическим паровым каналом (15±2)104 W/m2K при минимальной толщине слоя капиллярно-пористой вставки 3 мм. Скорость потока пара в критическом сечении сопла ТТ достигает значения 1±0,3 м/с, в ТТ со стандартным цилиндрическим паровым каналом 0,65 ±0,3 м/с [3] при одинаковой тепловой нагрузке. Термическое сопротивление ТТ с паровым каналом в виде сопла 0,015±0,01 К^, термическое сопротивление ТТ со стандартным цилиндрическим паровым каналом 0,02±0,01 К^. Параметры течения, связанные с периодической нестационарностью на длине ТТ Ь ~ 0,1 ш, максимальной частоте пульсаций f ~ 10 Н и скорости потока пара и ~ 1 м/с обеспечивают вели-

чину числа Струхаля Sh = fL/u ~ 1. Сопоставление теплопередающих характеристик коротких ТТ показывает значимые преимущества ТТ с паровым каналом в виде сопла, близкого к соплу Лаваля, по сравнению со стандартным цилиндрическим каналом.

Библиографические ссылки

1. Гупта А. К., Лилли Д. Г., Сайред Н. Закрученные потоки. М. : Мир, 1987.

2. Патент № 2431101 RF, F 28D 15/00/ Способ заполнения тепловых труб. Серяков А. В. Опубликовано 10.10.2011. Бюллетень 28.

3. Серяков А. В., Конькин А. В., Белоусов В. К. Применение струйного парового сопла в тепловых трубах среднетемпературного диапазона // Вестник СибГАУ. 2012. Вып. 1(41). С. 142-147.

References

1.Gupta A. K., Lilli D. G., Sajred N. Zakruchennye potoki. M. : Mir. 1987.

2.Patent № 2431101 RF, F 28D 15/00/ Sposob zapol-nenija teplovyh trub. Serjakov A. V. Opublikovano 10. 10. 2011. Bjulleten' 28.

3.Serjakov A. V., Kon'kin A. V., Belousov V. K. Pri-menenie strujnogo parovogo sopla v teplovyh trubah srednetemperaturnogo diapazona // Vestnik SibGAU. 2012. Vyp. 1(41). S. 142-147.

© Серяков А. В., Павлов А. А., Михайлов Ю. Е., Белоусов В. К., 2013

УДК 629.7.023

УГЛЕСОТОПЛАСТ - ЛЕГКИЙ И ПРОЧНЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ ТРЕХСЛОЙНОЙ КОНСТРУКЦИИ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

В. И. Сливинский1, М. Е. Харченко2, А. В. Кондратьев3, В. В. Гаврилко3

:ПАО «Украинский научно-исследовательский институт технологии машиностроения» 49054, Украина, г. Днепропетровск, просп. Кирова, 46. E-mail: honeycom@ua.fm

2Днепропетровский национальный университет им. О. Гончара 49050, Украина, г. Днепропетровск, просп. Гагарина, 72 Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского «ХАИ» 61070, Украина, г. Харьков, ул. Чкалова, 17. E-mail: kondratyev_a_v@mail.ru

Проведен сравнительный анализ удельных механических характеристик сотовых заполнителей различных марок. При помощи метода конечных элементов оценено влияние различных схем армирования углеродного наполнителя на механические характеристики сотового заполнителя. Определена рациональная схема армирования углеродного наполнителя, обеспечивающая высокий уровень всех механических характеристик. Приведены физико-механические характеристики углепластика из различных марок высокомодульного углеродного наполнителя.

Ключевые слова: углепластик, сотовый заполнитель, характеристики углесотопластов, технологи изготовления углесотопласта.

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

CARBON HONEYCOMB PLASTIC AS A LIGHT-WEIGHT AND DURABLE FILLER OF 3-LAYER HONEYCOMB STRUCTURES FOR AEROSPACE APPLICATIONS

V. I. Slivinskij\ M. E. Harchenko2, A. V. Kondrat'ev3, V. V. Gavrilkoi

Ukrainian Research Institute of Engineering Technique PJSC 46, Kirova pr., Dnipropetrovsk, 49050, Ukraine. E-mail: honeycom@ua.fm 2Dnipropetrovsk National University named after O. Honchar 72, Gagarina pr., Dnipropetrovsk, 49050, Ukraine 3National Aerospace University "KhaI" named after N. E. Zhukovsky 17, Chkalova str., Kharkov, 61070, Ukraine. E-mail: kondratyev_a_v@mail.ru

The comparative analysis of specific mechanical descriptions of different brands of honeycomb fillers had been conducted. Using the finite element method we estimate the effect of different reinforcing schemes of carbon filler on the honeycomb core mechanical properties. The rational reinforcement arrangement of carbon filler that provides a high level of mechanical properties, was determined. Physical and mechanical characteristics of different types of carbon plastic from high modulus carbon filler, have been given.

Keywords: carbon fiber, honeycomb, features of carbon honeycomb plastic, manufacturing technology of carbon honeycomb plastic.

Трехслойные конструкции с сотовым заполнителем широко используются в изделиях авиакосмического назначения. Наиболее используемый сотовый заполнитель (СЗ) с ячейкой правильной шестигранной формы. Материал основы сотов - алюминиевая фольга, полимерная бумага, стеклоткань, углеродный наполнитель и другие [1-2].

Анализ приведенных в работах [2-3] удельных физико-механических характеристик (ФМХ) различных типов сотов показал, что они самые высокие у СЗ на основе углеродного наполнителя - углесотопласта (УСП). Он также обладает минимальным коэффициентом линейного расширения, что в сочетании с угле-пластиковыми несущими слоями позволяет создать химически однородные размеростабильные конструкции для космической отрасли [4].

При помощи метода конечных элементов было оценено влияние различных схем армирования углеродного наполнителя на механические характеристики СЗ [4-5].

Полученные результаты в [4-5] свидетельствуют о том, что:

1) схемы армирования оказывают влияние на максимальные приведенные модули упругости при сдвиге или растяжении. УСП имеет максимальную приведенную прочность при сдвиге при схеме армирования [±45°], а [±75°] - при растяжении;

2) механические характеристики УСП снижаются с ростом высоты заполнителя.

Первые партии УСП изготовлены на основе углеродного наполнителя КМУ-4Э.

В табл. 1 приведены усредненные удельные ФМХ углесотопласта УСП-5,0 -117.

Существенным недостатком полученного УСП является его большая объемная масса, которая предопределена толщиной углеродной ленты ЭЛУР-ПА.

В настоящее время разработаны новые углеродные волокна с высокими физико-механическим, теплофи-зическим характеристикам существенно превосходящие ранее производимые углеволокна. Опробовано разреженное волокно ТС-368-12К и высокомодульный углеродный наполнитель ГМ8-65 (ГМ8-65) с толщиной

монослоя 20 мкм. Образцы УСП на основе приведенных выше углеродных наполнителей изготовлены по ранее разработанной блочной технологии [5].

Таблица 1

Удельные ФМХ углесотопласта УСП-5,0 -117

Марка сотов Кол-во слоев х толщина слоя, мм Объемная масса, кг/м3 Удельные физико-механические характеристики, км

Осж/у Txz/y Tyz/y Gxz/y Gyz/y

УСП -5,0117 (ЭЛУР-П-А+ ЭНФБ) 2х0,13 117 8,8 6,25 3,8 630 358

Из указанных углеродных наполнителей формировались элементарные заготовки со схемой армирования [±45°], которые гофрировали с помощью пуансона, собирали в блок на приспособлении и термообра-батывали, с последующей мехобработкой.

В табл. 2 приведены механические характеристики УСП на основе применяемых наполнителей.

Таблица 2

Сравнение удельных ФМХ показателей углесотопласта УСП-5,0 -40и УСП-5,0-19

Кол-во Объ- Удельные физико -

сло- емная механические характери-

Марка ев хтол- масса, стики, км

сотов щина кг/м3

слоя, Осж/у Txz/y Tyz/y Gxz/y Gyz/y

мм

УСП -

5,0-40

(IMS- 4х0,02 40 5,7 6,3 3,9 670 422

65+ЭН

ФБ)

УСП-

5,0-19

(IMS- 2х0,02 19 2,3 2,86 1,39 640 142

60+ЭН

ФБ)

Особенности технологии изготовления УСП-5,0 на основе ¡МБ-65 и ¡МБ-60:

- все четыре слоя однонаправленных углеродных волокон с ориентацией [+450; -450; -450; +450] формируются в виде нетканого материала, в котором однонаправленные слои фиксируются между собой специальной клеевой композицией;

- пропитка многослойного нетканого материала производится валиком.

Данная технология не позволяет в полной мере использовать ФМХ углеродного наполнителя.

В настоящее время ведутся работы по совершенствованию технологии получения препрега из углеродного наполнителя; повышению удельного модуля упругости и прочности при сдвиге и сжатии УСП.

Библиографические ссылки

1. Иванов А. А., Вильницкая Ю. Л. Трехслойные конструкции с заполнителем в современной технике. М. : ЦНТИ «Поиск», 1987. 154 с.

2. Сливинский В. И., Зевако В. С., Ткаченко Г. В., Карпикова О. А. Сотовые заполнители в конструкциях авиационно-космического назначения // Космiчна наука i технолопя. 2008. Т.14. № 3. С. 101-107.

3. Гайдачук В. Е., Кириченко В. В., Сливинский В. И. Аналитическая зависимость модуля сдвига сотового заполнителя от его геометрических параметров на основе МКЭ // Технологические системы. 2003. Вып. 1 (17). С. 53-56.

4. Гайдачук В. Е., Кондратьев А. В., Сливинский В. И., Харченко М. Е. Определение рациональной схемы армирования углесотопласта при помощи МКЭ-поддержки // Системные технологии. 2012. Вып. 2(79). С. 3-12.

5. Сливинский В. И., Харченко М. Е., Санин А. Ф., Гайдачук В. Е., Кондратьев А. В. Оценка физико-

механических характеристик углесотопласта различной схемы армирования при помощи МКЭ-поддержки // Эффективность сотовых конструкций в изделиях авиационно-космической техники : сб. материалов V Междунар. науч.-практ. конф. / Укр. НИИ технологий машиностроения. Днепропетровск, 2013. С. 189-191.

References

1. Ivanov A. A., ViFnitckaia Iu. L. Trekhsloi'ny'e konstruktcii s zapolnitelem v sovremennoi' tekhnike. M. : TCNTI «Poisk», 1987. 154 p.

2. Slivinskii' V. I., Zevako V. S., Tkachenko G. V., Karpikova O. A. Sotovy'e zapolniteli v konstruktciiakh aviatcionno-kosmicheskogo naznacheniia / Kosmichna nauka i tekhnologiia. 2008. T. 14. № 3. P. 101-107.

3. Gaydachuk V. E., Kirichenko V. V., Slivinskii' V. I. Analiticheskaia zavisimost' modulia sdviga sotovogo zapolnitelia ot ego geometricheskikh parametrov na osnove MKE' // Tekhnologicheskie sistemy'. 2003. Vy'p. 1(17). P. 53-56.

4. Gaydachuk V. E., Kondrat'ev A. V., Slivinskii' V. I., Kharchenko M. E. Opredelenie ratcionaFnoi' skhemy' armirovaniia uglesotoplasta pri pomoshchi MKE'-podderzhki / Sistemny'e tekhnologii. 2012. Vy'p. 2(79). P. 3-12.

5. Slivinskii' V. I., Kharchenko M. E., Sanin A. F., Gaydachuk V. E., Kondrat'e A. V., Ocenka fiziko-mehanicheskikh harakteristik uglesotoplasta razlichnoi' skhemy' armirovaniia pri pomoshchi MKE' -podderzhki / E'ffektivnost' sotovy'kh konstruktcii' v izdeliiakh aviatcionno-kosmicheskoi' tekhniki: sb. materialov V Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. / Ukr. NII tekhnologii' mashinostroeniia. Dnepropetrovsk, 2013. P. 189- 191.

© Сливинский В. И., Харченко М. Е., Кондратьев А. В., Гаврилко В. В., 2013

УДК 629.78.062:629.78.064.56

РАЗРАБОТКА БЛОКА МЕХАНИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА ПОВОРОТА БАТАРЕИ СОЛНЕЧНОЙ ДЛЯ МАЛОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Ю. В. Сусойкин, А. В. Токарев, Д. А. Черепанов, П. Ю. Данильченко

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

Описаны конструкция и основные характеристики разрабатываемого блока механического устройства поворота батареи солнечной для малого космического аппарата. Поставлены задачи и обозначены пути их решения.

Ключевые слова: малый космический аппарат, механическое устройство поворота батареи солнечной.

DEVELOPMENT OF THE BLOCK OF THE MECHANICAL TURNING MOVEMENT DEVICE OF THE SOLAR BATTERY FOR THE SMALL SPACECRAFT

Y. V. Susoykin, A. V. Tokarev, D. A. Cherepanov, P. Y. Danilchenko

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