Возможности применения материала с «Памятью формы» при аварийно-спасательных работах и в системах отделения космических аппаратов

Максимальная величина прогиба ПШ, с одной стороны, зависит от положения концов звеньев А (для ФС) или звеньев Б (для ТС) соседних спиц, с другой стороны - от границы апертуры рефлектора. Вследствие статической неопределенности системы натянутых шнуров рефлектора выбор геометрической формы и усилия натяжения в периферийном шнуре является нетривиальной задачей, для решения которой разработан алгоритм построения периферийного шнура [1]. В результате построения определяется геометрическое место узлов периферийного шнура, а также величины натяжений в каждом участке периферийного шнура. Разработанный алгоритм может быть использован и для получения величины усилий в оттяжках ФОС между периферийными шнурами ФС и ТС.

Оттяжки периферийного шнура обеспечивают связь между внутренними шнурами ФС (ТС) и периферийным шнуром. Направление оттяжек периферийного шнура и величина натяжения в них определяются по условию обеспечения равенства натяжений во внутренних шнурах ФС (ТС). Шнуры ФС, входящие в каждый узел, расположенный на последнем поясе внутренних шнуров, образуют пространственную систему сходящихся сил. Уравновешивающая реакция Я со стороны оттяжки ПШ равна по модулю и обратна по направлению равнодействующей системы сходящихся сил. Модуль вектора Я есть величина силы натяжения в оттяжке ПШ, при этом оттяжка лежит на прямой, параллельной орту ёк .

Методика определения усилий в радиальных шнурах представляет собой определение равновесного

состояния каждого узла радиального шнура. При этом шнуры, выходящие из каждого узла, заменяют усилиями их натяжения в направлении этих шнуров.

Разработанные авторами данной статьи методики позволяют:

- при подстановке аналитически полученных значений начальных напряжений в шнурах формообразующей структуры в конечно-элементную модель рефлектора определить его напряженно-деформированное состояние;

- обеспечить сходимость численного метода оптимизации, реализуемого в конечно-элементных программных комплексах.

Библиографическая ссылка

1. Голдобин Н. Н., Тестоедов Н. А. Алгоритм построения периферийного шнура фронтальной сети для трансформируемого сетчатого рефлектора космического аппарата // Вестник СибГАУ. 2014. Вып. 1(54). С. 100-106.

Reference

1. Goldobin N. N., Testoedov N. A. Algorithm postroyeniya periferiynogo shnyra frontalnoy seti dlya transformiruyemogo setchataga reflector kosmicheskogo apparata (A construction algorithm of the peripheral cord of the frontal network for the space reflector with the cable-mesh deployable structure). Vestnik SibGAU, 2014, № 1(54), p. 100-106.

© Голдобин Н. Н., Шендалев Д. О., 2014

УДК 629.88.10.032

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАТЕРИАЛА С «ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ» ПРИ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТАХ И В СИСТЕМАХ ОТДЕЛЕНИЯ

КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

В. В. Двирный1, В. В. Голованова2, Г. В. Двирный1, М. В. Елфимова3

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

E-mail: office@iss-reshetnev.ru

2ФГУП «Конструкторское бюро «Арсенал» имени М. В. Фрунзе» Российская Федерация, 195009, г. Санкт-Петербург, ул. Комсомола, 1-3 E-mail: www.kb_arsenal.finances.spb.ru

3Сибирский институт пожарной безопасности - филиал Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России Российская Федерация, 62972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Северная, 1

Е-mail: sekret_ugps@mail.ru

Рассмотрены возможности применения материала с «памятью формы» при аварийно-спасательных работах и системах отделения космических аппаратов.

Ключевые слова: материал с памятью формы, никелид титана, возврат в исходное состояние.

Решетневскуе чтения. 2014

APPLICATION OF SHAPE MEMORY EFFECT MATERIAL TO ACCIDENT RESCUE OPERATIONS AND SPACECRAFTS RELEASE SYSTEMS

V. V. Dvirniy1, V. V. Golovanova2, G. V. Dvirniy1, M. V. Elfimova3

1JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation Е-mail: office@iss-reshetnev.ru 2 The Arsenal Design Bureau named after M. V. Frunze Federal State Unitary Enterprise 1-3, Komsomola str., St.-Petersburg, 195009, Russian Federation E-mail: www.kb_arsenal.finances.spb.ru 3 Siberian Fire and Rescue Academy - the branch of the St.-Petersburg University

of State Fire Service of EMERCOM of Russia 1, Severnaya str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 62972, Russian Federation Е-mail: sekret_ugps@mail.ru

The application of material with shape memory effect to accident rescue operations and spacecrafts release systems is described.

Keywords: material with shape memory effect, titanium nickelide, restoration.

Материал с памятью формы был открыт в 1969 г. в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, США, при стрельбе из артиллерийских орудий, стволы которых были изготовлены из 50 % никеля и 50 % титана. Сплав назвали нитинол, а отечественный аналог -никелид титана. Если из этого сплава изготовить трос, то его можно будет использовать при ликвидации последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий и производственных аварий [1; 2]. Кроме того, такой трос может спасти жизнь альпинистам в различных ситуациях, например при зависании над пропастью [3; 7]. Новое спасательное снаряжение в виде вышеуказанного троса из никелида титана (далее - трос) предлагается с учетом тенденций развития средств спасения и экипирования спасателей [5; 6; 8]. На рис. 1, а, б показаны основные конструкции предохранительных альпинистских и монтажных (рис. 1, в) индивидуальных страховочных систем, а также возможные положения тела спасателя при зависании.

Альпинистские системы более предпочтительны для применения, так как в экстремальных ситуациях обеспечивают не только более «комфортабельное» и безопасное зависание, но и более удобное положение спасателя для организации дальнейшего выхода из зависания без посторонней помощи. С другой стороны, зависание на фале, прикрепленном к спине, обес-

печивает гарантированную физиологическую позу при срывах с тяжелыми последствиями, а это может сыграть решающую для здоровья роль [9]. Экспериментальные исследования авторы производили на проволоке диаметром 0,3 мм из никелида титана (50 % N1, 50 % Т1) с температурой фазового превращения 70 °С. При перестроении кристаллической решетки генерировались напряжения в проволоке до 60 кг/мм2 и при фазовом переходе проволока «вспоминала», что перед последней фильерой при волочении она была толще и короче на 10 %. Таким образом проволока длиной 200 мм сокращалась на 2 мм при ее нагревании на 70 °С. Возврат проволоки в исходное состояние осуществляется при генерировании в ней напряжений пружиной при остывании проволоки до комнатной температуры. Нагрев проволоки проводили подачей напряжения 5 В на её концы, при этом срабатывание происходило за 3 с, а возврат в исходное положение за 6 с. Таким образом, предлагаемый трос сечением 7 мм2 и длиной 10 м обеспечит подъем спасателя или альпиниста на высоту 1 м или груза до 400 кг при нагревании троса на 70 °С с помощью комнатного аккумулятора или поджигаемого бикфордова шнура. При этом осуществляется принцип динамической страховки (рис. 2) [4; 9].

Рис. 1. Индивидуальные страховочные системы

Рис. 2. Действие принципа динамической страховки

На рис. 2 сплошной линией показано применение усилий при жестком закреплении веревки: Р - усилие рывка; t - время, за которое этот рывок гасится. Пунктирная огибающая - это усилие рывка, компенсированного динамической страховкой в виде троса из никелида титана. Чтобы уменьшить усилие рывка, нужно увеличить время его действия. Для жесткой веревки этот рывок показан там же (кривая а), для современной эластичной альпинистской веревки -кривая б, для предлагаемого троса - кривая в. По мнению авторов, такого типа тросы могут найти применение в аэрокосмической отрасли в системах сбрасывания подвесных баков истребителей, системах разделения головных обтекателей ракетоносителей и в системах отделения космических аппаратов, где очень важно не иметь динамического импульса последействия, например в системах отделения с применением пироболтов.

Библиографические ссылки

1. Котляревский В. А., Кочетков К. Е., Забегаев А. В. Аварии и катастрофы: Предупреждение и ликвидация последствий : учеб. пособие. М. : Изд-во Ассоц. строит. вузов, 1995.

2. Бахтин А. К. Меры безопасности при ликвидации последствий стихийных бедствий и производственных аварий. М. : Энергоатомиздат, 1984.

3. Винокуров В. К., Левин А. С., Мартынов И. А. Безопасность в альпинизме. М. : ФиС. 1983.

4. Зотов Н. М., Соколенко С. А., Хакимова С. В. Графическая оценка систем страховки в альпинизме : учеб.-метод. пособие. Волгоград, 1992.

5. Кашевник Б. Л. Новое снаряжение - новые тактические возможности // Брандвестник. 2002.

6. Кашевник Б. Л. и др. Использование нового спасательного снаряжения при работах по спасению людей с высот (опыт С.-Пб. гарнизона ГПС России) // СПб. : УМВД России, 1998.

7. Курсаков А. В., Кошелев Н. В. Альпинистские технологии в поисково-спасательных работах. М. : НЦ ЭНАС. 2001.

8. Логинов В. И. Пожарная безопасность : специализированный каталог // Тенденции развития средств спасения и экипирования пожарных. 2002.

9. Одинцов Л. Г., Курсаков А. В., Кизиков А. Ч., Туркевич М. М., Степин С. Н., Жданенко И. В. Справочник спасателя. Кн. 12. Высотные аварийно-спасательные работы на гражданских и промышленных объектах. М. : ВНИИ ГОЧС, 2006.

References

1. Kotlyarevsky C. A., Kochetkov, K. E., Salagaev A. C. Accidents and disasters: Prevention and elimination of consequences (Emergency and accident: prevention and relief) Krasnoyarsk, In Assoc. builds. universities, 1995, р. 340.

2. Bakhtin A. K. Security Measures for elimination of consequences of natural disasters and industrial accidents (security measures on disaster clean-up operations and industrial accident). Moscow, Energoatomizdat, 1983, р. 125.

3. Vinokurov C. K., Levin, A. S., Martynov, I. A. safety in mountaineering. M. : FiS. 1983.

4. Zotov N. M, Sokolenko S. A., S. Khakimov Century Graphic evaluation systems insurance in mountaineering. Educational-methodical manual. Volgograd, 1992.

5. Kashevnik B. L. New equipment-new tactical possibilities. Brandestini // S. IB. 2002.

6. Kashevnik B. L. et al. use the new safety equipment when working to rescue people from the heights (experience S.-Pb. garrison FMS of Russia) // S-Pb. The Ministry of internal Affairs of Russia. 1998.

7. Korsakov A. C., Koshelev N. C. Climbing technology in search and rescue operations. M. : Izd-vo SC ENES. 2001.

8. Loginov Century. And. Specialized catalogue "Fire safety" // Trends in the development of the means of salvation and ekipirovany fire. 2002.

9. Odintsov L. G., Korsakov A. V., Kasikov A. C., Turkevych M. M., Stepin, S. N., Janenko I. V. Reference rescuer. Book 12. High-rise emergency rescue operations in civil and industrial objects. M. : The research Institute of the Russian Ministry for emergency situations. 2006.

© Двирный В. В., Голованова В. В., Двирный Г. В., Елфимова М. В., 2014