CC BY
29Решетневскуе чтения. 2014
Механические свойства однонаправленных композитов при 293 К и 77 К
Матрица Волокно Т, К Ориентация волокна Е, kN. mm2 V CTF Sf
CY 221/ T300 293 II 132 0,34 1 700 1,22
HY 979 77 II 141 0,32 2 010 1,34
M40 A 77 11,45 0,012 42,2 0,37
LY556/HY979 T300 293 II 135 0,31
77 II 137 0,31
Механические свойства перпендикулярно к волокну, измеренные при 77 К являются низкими по сравнению с ними при параллельной укладке волокна. Модуль Юнга составляет всего 8 %, коэффициент Пуассона 4 %, прочность при изгибе 2 % и деформация 28 % значений для параллельных волокон [2]. Тем не менее видно значительное увеличение значений из-за снижения температуры. Тепловое расширение полугибкой смолы с высокомодульным волокном показано ниже (см. рисунок). Для большинства механических свойств однонаправленные углеродные волокна армированных композитов показали более высокое значение при низких температурах. Тест на сдвиг небольших образцов композитов показывает, что прочность на сдвиг увеличивается с понижением температуры.
Низкие температуры могут вызвать многочисленные механизмы разрушения в композитах, среди которых поперечное растрескивание матрицы, нарушение межслоевого промежутка, отслоение и разрушение волокна. Криогенные температуры увеличили прочность композитов, но при этом сгенерировали микротрещины в структуре из-за разницы теплового расширения между матрицей и волокном. Тест акустической эмиссии при показывает, что скорость генерации микротрещин увеличивается с уменьшением температуры.
Библиографические ссылки
1. Боулс Д. А. Влияние микротрещин на тепловое расширение композитных материалов // Журнал композиционных материалов. 1984. Vol. 17. С. 73-187.
2. Камахорт Р. и К. Влияние термоциклирования на углерод-эпоксидные композиты. ASTM STP 602 // Американское общество по испытанию и материалам. 1976. С. 37-49.
3. Фахми А., Каннингем Т. Г. Исследование термической усталости на волокна композиционных материалов : итоговый отчет НАСА CR-2641. 1976.
4. Мышонкова Н. В. и др. Технический проект на БКНА-М : пояснительная записка. 2012.
References
1. Bowles D. A. (1984). Effect of microcracks on the thermal expansion of composite laminates // J. of composite materials, vol. 17, p. 73-187.
2. Camahort J. L., Rennhack E. H., Coons W. C. (1976). Effects of thermal cycling environment on graphite/epoxy composites. ASTM STP 602, American society of testing and materials, p. 37-49.
3. Fahmy A., Cunningham T. G. (1976). Investigation of thermal fatigue in fiber composite materials // Final report NASA CR-2641.
4. Myshonkova N. V. et al. (2012). Technical project OBSI-M. Explanatory note.
© Егоров Д. В., 2014
УДК 531.7:629.78
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕРМОДЕФОРМАЦИЙ ЭЛЕМЕНТОВ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ СПЕКЛ-ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ
П. С. Завьялов1, Е. С. Сенченко1, Ю. В. Чугуй1, В. М. Михалкин2, В. И. Халиманович2
1Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН Российская Федерация, 630058, г. Новосибирск, ул. Русская, 41. E-mail: [email protected]
2 ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
Для решения задачи измерения деформаций узлов и деталей космических аппаратов при значительных перепадах температур (до криогенных) рассматривается использование бесконтактных оптико-электронных систем типа 3D-PulsESPI Q-600 фирмы Dantec Dynamics или PulsESPI системы фирмы Steinbichler Optotechnik GmbH.
Ключевые слова: термодеформации, спекл-интерферометрия, размеростабильный углепластик, термовакуумная камера, криогенные температуры.
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
THERMODEFORMATION MEASUREMENT OF SPACECRAFT ELEMENTS BY LASER SPECKLE INTERFEROMETRY
P. S. Zavyalov1, E. S. Senchenko1, Yu. V. Chugui1, V. M. Mikhalkin2, V. I. Khalimanovich2
1Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering SB RAS 41, Russkaya str., Novosibirsk, 630058, Russian Federation. E-mail: [email protected] 2JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation
The aerospace parts deformations under extreme temperature ranges (including cryogenic temperatures) can be measured by noncontact optoelectronic systems similar to 3D-PulsESPI Q-600 (Dantec Dynamics) or PulsESPI (Stein-bichler Optotechnik GmbH).
Keywords: thermodeformations, speckle interferometry, dimensional-stable carbon plastic, thermal vacuum chamber, cryogenic temperatures.
Для решения задачи измерения термодеформаций узлов и деталей космических аппаратов при значительных перепадах температур (до криогенных) перспективным представляется использование методов на основе электронной спекл-интерферометрии [1-2]. Согласно этим методам измерение микродеформаций поверхностей, подвергаемых каким-либо воздействиям (в том числе термическим), осуществляется посредством постоянной регистрации изображений освещенной лазером поверхности, имеющих вследствие этого спекл-структуру. Затем путем вычитания последовательных изображений производится визуализация корреляционных полос, возникающих вследствие деформаций объекта, и вычисление по координатам полос поля деформаций поверхности объекта.
Отличительным свойством методов спекл-интерферометрии является их высокая чувствительность (доли мкм) и её инвариантность к размеру контролируемых объектов. Поэтому эти методы можно использовать для контроля термодеформаций крупных объектов, таких как антенные и зеркальные элементы космических аппаратов (до 1,5-3 м). Размер контролируемых объектов здесь ограничен только мощностью лазерного излучения. А высокая чувствительность спекл-интерферометрии позволяет измерять термодеформации элементов с низким коэффициентом линейного расширения (размеростабильный углепластик, бериллий, инвар и т. п.), где величины термодеформаций достигают всего нескольких микрометров при перепаде температур в 150-250 °С.
Наиболее удобны в использовании методы и системы на основе импульсной лазерной спекл-интерферометрии (PulseESPI), потому что позволяют измерять термодеформации объектов с субмикронной точностью в условиях наличия определенного уровня вибраций. В качестве примера можно привести системы типа 3D-PulsESPI Q-600 фирмы Dantec Dynamics или PulsESPI системы фирмы Steinbichler Optotechnik GmbH [3-5]. В докладе рассматривается применение подобных систем для контроля термодеформаций в условиях термовакуумной камеры при регистрации световых полей через иллюминаторы. Рассмотрены различные аспекты, связанные с измерением через иллюминатор, проанализировано его влияние на результаты измерений. Предложен ряд
конструктивных решений иллюминаторного блока термовакуумной камеры, позволяющих производить измерения термодеформаций объектов вплоть до криогенных температур.
Библиографические ссылки
1. Рябухо В. П. Спекл-интерферометрия // Соро-совский образовательный журнал. 2001. Т. 7, № 5. С. 102-109.
2. Каленков Г., Штанько А. Цифровая корреляционная спекл-интерферометрия // Фотоника. 2010. № 4. С. 58-60.
3. Pedrini G., Tiziani H. J. Double-pulse electronic speckle interferometry for vibration analysis // Applied optics. 1994. Vol. 33, iss. 34. P. 7857-7863.
4. Nosekabel E. H., Ernst T., Haefker W. Measurement of the thermal deformation of a highly stable antenna with pulse ESPI // 18th International Congress on Photonics in Europe. Munich, Germany, 2007. Proc. SPIE. Vol. 6616, 66162X, 2007.
5. Ernst T., Linke S., Lori M., Fasold D. et al. Highly Stable Q/V Band Reflector Demonstrator Manufacturing and Testing // Proc. 29th ESA Antenna Workshop. ESTEC Noordwijk, Netherlands, 2007.
References
1. Ryabukho V. P. Sorosovsky obrazovatel'nii jurnal. 2001, t. 7, no. 5, p. 102-109.
2. Kalenkov G., Shtan'ko A. Photonika. 2010, no 4, p. 58-60.
3. Pedrini G. and Tiziani H. J. Double-pulse electronic speckle interferometry for vibration analysis, Applied optics, 1994, 33 (34), p. 7857-7863. Cited 70 times.
4. Nosekabel E. H., Ernst T., Haefker W. Measurement of the thermal deformation of a highly stable antenna with pulse ESPI. 18th International Congress on Photonics in Europe. Munich, Germany, 2007. Proc. SPIE, vol. 6616, 66162X, 2007; doi: 10.1117/12.726053.
5. Ernst T., Linke S., Lori M., Fasold D. et al. Highly stable Q/V band reflector demonstrator manufacturing and testing. Proc. 29th ESA Antenna Workshop. ESTEC Noordwijk, Netherlands, 2007.
© Завьялов П. С., Сенченко Е. С., Чугуй Ю. В., Михалкин В. М., Халиманович В. И., 2014
