CC BY
71"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов
УДК 629.783
КОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ ВСПЕНЕННЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
В. Я. Геча1, В. Д. Позднякова1*
Акционерное общество «Научно-производственная корпорация «Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы» имени А. Г. Иосифьяна» Российская Федерация, 107078, г. Москва, Хоромный тупик, дом 4, строение 1 E-mail: vera.notolerance@gmail.com
Представлено обоснование возможности применения пенометаллических сэндвич-панелей как конструкционного материала для создания несущих элементов КА, а также их преимущества перед использующимися в настоящий момент сотовыми алюминиевыми панелями.
Ключевые слова: вспененный алюминий, сэндвич-панели, несущие элементы конструкции, закладные элементы, космический аппарат, условия космического пространства.
CONSTRUCTIONS BASED ON FOAMED METAL FOR SPACECRAFT
V. Ya. Gecha1, V. D. Pozdnyakova1*
Joint Stock Company «Research and Production Corporation «Space Monitoring Systems, Information & Control and Electromechanical Complexes» named after A.G. Iosifian» Russian Federation, 107078, Moscow, Khoromny tupik, 4/1 E-mail: vera.notolerance@gmail.com
The article presents the rationale for the possibility of applying sandwich panels based on foamed metal as a structural material for the creation of load-bearing elements of the spacecraft, as well as their advantages over the currently used honeycomb aluminum panels.
Keywords: aluminum foam, sandwich panels, load-bearing structural elements, embedded parts, spacecraft, space conditions.
Как известно, корпуса современных отечественных космических аппаратов (КА) создаются преимущественно на основе металлических каркасных конструкций и сотовых алюминиевых панелей. Для таких аппаратов уже достигнуто оптимальное соотношение масса/ прочность (жесткость), и их существенная модернизация невозможна. Вместе с тем при сегодняшней высокой стоимости единицы веса полезной нагрузки, выведенной на орбиту, остается актуальной проблема снижения веса основной конструкции до допустимого минимума [1; 2]. Также существуют проблемы обеспечения качества данных российских систем дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), обеспечения высокой степени защиты радиоэлектронной аппаратуры КА от естественного ионизирующего излучения космического пространства и воздействия метеоритных частиц, а также продления срока активного существования КА.
Одним из решений для дальнейшего улучшения характеристик КА может стать использование нового конструкционного материала на основе вспененного металла, удовлетворяющего многочисленным требованиям.
Вспененный алюминий обладает уникальной совокупностью свойств, привлекающей специалистов различных отраслей промышленности по всему миру. В настоящий момент вспененные металлы используются для самых разнообразных целей: от звукопо-
глощающих конструкций в строительстве до усиления брони военных ангаров и убежищ в районах боевых действий [3; 4]. Существует также несколько примеров применения вспененного алюминия в авиастроении и аэрокосмической отрасли [5; 6]. Кроме того, рассматривается применение вспененного алюминия при изготовлении элементов корпуса и конструкций КА, предназначенных для защиты от воздействия метеоритных частиц, а также для укрепления несущих конструкций спутников [7; 8]. Однако к настоящему моменту не было выявлено попыток отечественных или зарубежных специалистов аэрокосмической отрасли изготовить корпус космического аппарата из материалов на основе пенометалла.
Проведенные исследования и анализ свойств нового материала на основе вспененного алюминия (ПА) позволяют предположить возможность его успешного использования в качестве конструкционного материала для изготовления корпуса КА (см. рисунок).
Сравнительный анализ свойств материала на основе ПА и свойства сотовых панелей показал, что к преимуществам нового материала можно отнести более высокие удельную жесткость, прочностные характеристики и способность к защите от ионизирующего излучения, а также высокую демпфирующую способность и относительную простоту механической обработки материала и технологических манипуляций с ним.
<Тешетневс^ие чтения. 2016
Динамический макет корпуса КА из пеноалюминиевых панелей с массо-габаритными имитаторами полезной нагрузки
Таким образом, использование пеноалюминиевых сэндвич-панелей в качестве конструкционного материала для корпуса КА позволяет:
- существенно снизить уровни ударных нагрузок на бортовые приборы космического аппарата и КА в целом при подрыве пиросредств на этапе отделения от ракеты-носителя за счет высокой способности ПА к поглощению вибраций;
- получать более точные результаты работы прецизионного бортового оборудования за счет общего снижения вибрационного фона на орбитальном участке;
- снизить массу несущей конструкции КА за счет отказа от каркасной силовой рамы из-за более высокой удельной жесткости, прочности при сжатии и изгибе и изотропности материала;
- повысить защиту КА от воздействия метеоритных частиц за счет высокой способности пеноалюми-ния к демпфированию ударов;
- повысить защиту КА от воздействия ионизирующего излучения космического пространства за счет общего увеличения плотности материала;
- снизить общее время изготовления, а также существенно снизить стоимость корпуса КА за счет уменьшения количества производственных этапов из-за отказа от силовой рамы и большей технологичности сэндвич-панелей по сравнению с сотовыми алюминиевыми панелями.
Библиографические ссылки
1. Space age in fiscal year 2001 / Eugene B. Konecci, Maxwell W. Hunter II, Robert F. Trapp // Proceedings of the IV AAS Goddard Memorial symposium 15-16 March, 1966. Washington DC.
2. Овчинников M. Ю. Малые мира сего // Компьютерра. 2007. № 15. С. 37-43.
3. Лепешкин И. А. Сэндвич-панели из вспененного алюминия. Перспективы применения // Известия МГТУ «МАМИ». 2010. № 1 (9). С. 136-147.
4. Thornton P. H., Magee C. L. The deformation of aluminium foams / Met. Trans. A. 1975. Vol. 6A, № 6. P. 1253-1263.
5. Крушенко Г. Г. Технологии и механизмы формирования пенометаллов и их применение в летательных аппаратах. II // Вестник СибГАУ. 2014. № 1 (53). С. 154-160.
6. John Banhart, Hans-Wolfgang Seeliger. Aluminium foam sandwich panels: manufacture, metallurgy and applications // AEM Special - Metfoam. Montreal, 2007. P. 1-25.
7. Grilec K., Maric G., Milos K. Aluminium foams in the design of transport means // Promet -Traffic&Transportation. 2012. Vol. 24, № 4. P. 295-301.
8. Banhart J. Manufacture, characterization and application of cellular metals and metal foams // Progress in materials science. 2001. Vol. 46. P. 559-623.
References
1. Space age in fiscal year 2001 / Eugene B. Konecci, Maxwell W. Hunter II, Robert F. Trapp // proceedings of the IV AAS Goddard Memorial symposium 15-16 March 1966. Washington DC.
2. Ovchinnikov M. Yu. Malyemirasego [Small spacecrafts] // Computerra. 2007. №и15. P. 37-43 (In Russ.)
3. Lepeshkin I. A. Sendvichpaneli iz vspenennogo alyuminiya. Perspektivy primeneniya [Sandwich panels based on foamed aluminum. Outlook application] // Izvestiya MGTU «MAMI». 2010. № 1 (9). P. 136-147 (In Russ.)
4. Thornton P. H., Magee C. L. The deformation of aluminium foams // Met. Trans. A. 1975. Vol. 6A., № 6. P. 1253-1263.
5. Krushenko G. G. [Technologies and mechanisms of formation of metal foams and their applications in aircrafts. II] // Vestnik SibGAU. 2014. № 1 (53). P. 154-160 (In Russ.)
6. John Banhart, Hans-Wolfgang Seeliger. Aluminium foam sandwich panels: manufacture, metallurgy and applications // AEM Special - Metfoam. Montreal, 2007. P. 1-25.
7. Grilec K., Maric G., Milos K. Aluminium foams in the design of transport means // Promet -Traffic&Transportation. 2012. Vol. 24, № 4. P. 295-301.
8. Banhart J. Manufacture, characterization and application of cellular metals and metal foams // Progress in materials science. 2001. Vol. 46. P. 559-623.
© Геча В. Я., Позднякова В. Д., 2016
