CC BY
45"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов
ний, совершенствования систем и элементов испытательных стендов.
Под каналом нагружения следует понимать комплекс технических и программных средств, обеспечивающих нагружение испытываемой конструкции по заданной программе. В настоящее время требования к спектру прилагаемых к конструкции нагрузок, к качеству отработки испытательной программы и к сервисному сопровождению самого испытательного процесса постоянно повышаются. С учетом этого в лаборатории прочности института выполнена разработка канала нагружения на современной элементной и технической базе.
В работе решались задачи по созданию отечественного варианта гидравлического сервопривода, методик оптимизации работы маслонасосной станции высокого давления, разработки аппаратного комплекса и программного обеспечения автоматизированной системы управления нагружением (АСУН) натурных многоканальных прочностных испытательных стендов, а также разработки комплекса сервисных про-
грамм, повышающих качество и информативность испытательного процесса.
В докладе приводятся примеры использования канала нагружения для решения разнообразных задач при испытании авиационной техники: автоматическая настройка коэффициентов ПИ-регулятора АСУН, что облегчает процесс настройки систем стенда и повышает качество отработки заданной программы; защита объекта испытаний с функцией выявления момента начала критического разрушения конструкции, что позволяет на одном и том же объекте последовательно выявлять «слабые звенья» конструкции, дорабатывать их и повторять цикл статических испытаний многократно, доводя конструкцию до требуемых параметров; реализация заданной нагрузки при больших перемещениях исполнительного звена конструкции, что позволяет простыми средствами осуществлять его программное нагружение при испытаниях на функционирование.
© Лапердин А. И., Каргапольцев А. Г., Юркевич В. Д., 2016
УДК 677.074
РАЗРАБОТКА НОВОЙ ОГНЕ- И ТЕРМОСТОЙКОЙ ТКАНИ ДЛЯ ВНЕШНЕЙ ОБОЛОЧКИ СКАФАНДРА ТИПА «ОРЛАН»
Н. М. Левакова, П. Е. Сафонов
ООО «ТЕКС-ЦЕНТР» Российская Федерация, 105005, г. Москва, ул. Малая Почтовая, 2/2 E-mail: [email protected]
Представлены результаты работы по замене существующей ткани, предназначенной для изготовления внешней оболочки скафандра типа «Орлан», на ткань из синтетических огне- и термостойких нитей нового поколения. Разработанная ткань обладает комплексом заданных эксплуатационных свойств.
Ключевые слова: скафандр «Орлан», огне- и термостойкая ткань, мета-арамидные и полифениленсульфид-ные нити.
DEVELOPING NEW FIRE- AND HEAT-RESISTANT FABRIC FOR THE OUTER SHELL
OF THE SPACESUIT "ORLAN"
N. M. Levakova, P. E. Safonov
TEKS-CENTRE Ltd 2/2, Malaya Pochtovaya Str., Moscow, 105005, Russian Federation E-mail: [email protected]
The research presents the results of work on the replacement of the existing fabric, intended for the manufacture of the outer shell of the spacesuit "Orlan", the fabric utilises synthetic fire- and heat-resistant threads of the new generation. Developed fabric has a complex set of operational properties.
Keywords: spacesuit "Orlan", fire- and heat-resistant fabric, meta-aramid and polyphenylensulfide thread.
Актуальность работы обусловлена появлением на рынке текстильных материалов новых видов синтетических огне- и термостойких нитей, которые можно использовать взамен мета-арамидным (поли-м-фениленизофталамид) нитям Фенилон, производство которых было прекращено.
Для изготовления внешней оболочки скафандров типа «Орлан» различных модификаций, предназначенных для работ в открытом космосе, на предприятии ОАО «НПП «ЗВЕЗДА» им. академика Г. И. Северина» традиционно использовалась ткань арт. 5381/2-70 ТУ-8378-143-35227510-2007. Данная ткань
<Тешетневс^ие чтения. 2016
изготавливается из комплексных нитей Фенилон линейной плотности 29,4 текс (ТУ 6-06-32-185-76) и полностью соответствует всем предъявляемым требованиям. Однако в связи с прекращением производства мета-арамидных нитей Фенилон возникает необходимость разработки новой ткани взамен существующему аналогу.
К ткани для внешней оболочки скафандра для работ в открытом космосе предъявляются следующие основные требования:
- ткань должна сохранять работоспособность при температуре от -150 до + 150 оС и давлении 10-6 мм рт. ст., в атмосфере с содержанием кислорода 40 %;
- характер горения ткани должен быть самозатухающим, при удалении источника пламени горение должно прекращаться без остаточного тления;
- ткань должна быть устойчивой к истиранию - не менее 6 000 циклов до механического разрушения и устойчивой к раздвижке нитей в местах сшивания;
- ткань должна окрашиваться в светлые тона или выпускаться в неокрашенном виде светлого тона.
Для выполнения всех перечисленных требований сотрудниками ООО «ТЕКС-ЦЕНТР» предложено изготавливать новую ткань из нитей на основе полифе-ниленсульфида (ПФС/PPS) или на основе полиэфир-эфиркетона (ПЭЭК/РЕЕК), сведения о свойствах которых представлены в работах [1-4]. В табл. 1 представлены основные показатели эксплуатационных свойств синтетических огне- и термостойких нитей различной природы, которые могут быть использованы для изготовления новой ткани скафандра.
Как видно по данным табл. 1, ПФС и ПЭЭК превосходят Фенилон по значению кислородного индекса, при этом нить ПЭЭК является самой термостойкой, а нить ПФС самой огнестойкой среди рассмотренных нитей. В работе [5] было установлено, что нити на основе ПФС превосходят нити Фенилон и ПЭЭК по устойчивости к истиранию в 3 раза, все это позволяет использовать нити ПФС и ПЭЭК для изготовления новой ткани скафандра.
В табл. 2 представлены основные показатели свойств серийной и новой ткани для внешней оболочки скафандра и требования к ним, для изготовления новой ткани были использованы нити на основе ПФС.
Установлено, что новая ткань из полифенилен-сульфидных нитей незначительно уступает по показателям свойств при растяжении и истирании серийной ткани из мета-арамидных нитей Фенилон, но при этом удовлетворяет всем требованиям заказчика.
После выдерживания тканей арт. 5467-13 и 5381/2-70 при температуре 150 0С в течение 50 часов и при 200 0С в течение 8 часов они не обнаруживают снижения разрывной нагрузки, но происходит изменение удлинения тканей. Для ткани арт. 5381/2-70 наблюдается снижение удлинения при разрыве до 6 %, а для ткани арт. 5467-13 наблюдается увеличение разрывного удлинения на 6 % после обработки при 150 0С и на 22-25 % после обработки при 200 0С. Это связано с тем, что полифениленсульфидная ткань, в отличие от фенилоновой ткани, обнаруживает изменение геометрических размеров (усадку) до 2 %.
Наименование нити Температура, 0С Кислородный индекс, % Разрывная нагрузка нити, сН/текс
длительной эксплуатации (предельная) стеклования разложения (по потере массы) плавления
Фенилон (мета-арамид) 250-300 275-300 350-400 420-480 27-29 36
Полифениленсульфид 192-220 85 425 276-283 35-40 40
Полиэфирэфиркетон 250 141-143 530 335-340 35 56
Таблица 2
Сравнительные свойства тканей для внешней оболочки скафандра
Наименование показателя свойств Требование Артикул ткани
5381/2-70 5467-13
Сырьевой состав нитей - Фенилон ПФС
Линейная плотность нитей, текс - 29,4 28,0
Поверхностная плотность ткани, г/м2 Не более 185 169,8 173,3
Разрывная нагрузка ткани, Н по основе Не менее 1 372 1 602 1 503
по утку Не менее 1 274 1 539 1 441
Разрывное удлинение ткани, % по основе Не более 32 28 32
по утку Не более 40 34 30
Раздирающая нагрузка ткани, Н по основе Не менее 88 122 106
по утку Не менее 88 109 111
Устойчивость к истиранию, циклы Не менее 6 000 9 660 7 980
Таблица 1
Сравнительные свойства синтетических нитей для огне- и термостойкой ткани
"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
Характер горения тканей для внешней оболочки скафандра после 15 секунд: а - ткань из полифениленсульфидных нитей; б - ткань из мета-арамидных нитей
При испытаниях на огнестойкость было установлено, что образцы тканей не поддерживают горение, при удалении источника пламени горение ткани прекращается, остаточное тление отсутствует.
При изучении характера горения полифенилен-сульфидной и фенилоновой тканей установлено, что новая ткань не поддерживает распространение пламени, наблюдается образование кокса. Но из-за низкой температуры плавления ПФС в сравнении с мета-арамидом у ткани арт. 5467-13 наблюдается большая длина разрушения.
Длина разрушения после 30 секунд испытаний для ткани арт. 5381/2-70 составляет 40 мм, а для ткани арт. 5467-13 - 110 мм.
Таким образом, результаты проведенной работы свидетельствуют о целесообразности продолжения исследований по замене существующей фенилоно-вой ткани внешней оболочки скафандра на ткань из новых видов синтетических огне- и термостойких нитей.
Библиографические ссылки
1. Перепелкин К. Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. СПб. : Научные основы и технологии, 2009. 380 с.
2. Михайлин Ю. А. Тепло-, термо- и огнестойкость полимерных материалов. СПб. : Научные основы и технологии, 2011. 416 с.
3. Михайлин Ю. А. Термоустойчивые полимеры и полимерные материалы. СПб. : ЦОП «Профессия», 2012. 624 с.
4. New Linear Polymers. Henry Lee, Donald Staffey, and Kris Neville Eds. New York : McGraw-Hill. 1967. 374 p.
5. Safonov P. E., Levakova N. M., Yukhin S. S. Evaluation of the industrial processability of high-strength and high-modulus yarns in weaving, taking into account abrasion resistance // Fibre Chemistry. 2016. Vol. 47, № 5. P. 397-402. Doi: 10.1007/s10692-016-9701-x.
References
1. Perepelkin K. E. Armirujushhie volokna i voloknistye polimernye kompozity [Reinforcing fibres and fibrous polymeric composites]. St. Petersburg : Nauchnye osnovy i tehnologii publ. 2009. 380 p.
2. Mihajlin Ju. A. Teplo-, termo- i ognestojkost' polimernyh materialov [Heat-, thermal- and fireretardancy of polymeric materials]. St. Petersburg : Nauchnye osnovy i tehnologii publ. 2011. 416 p.
3. Mihajlin Ju. A. Termoustojchivye polimery i polimernye materialy [Heat-resistant polymers and polymeric materials]. St. Petersburg : COP «Professija» publ. 2012. 624 p.
4. New Linear Polymers. Henry Lee, Donald Staffey, and Kris Neville Eds. - New York: McGraw-Hill, 1967. 374 p.
5. Safonov P. E., Levakova N. M., Yukhin S. S. Evaluation of the industrial processability of high-strength and high-modulus yarns in weaving, taking into account abrasion resistance // Fibre Chemistry. 2016. Vol. 47, № 5. P. 397-402. Doi: 10.1007/s10692-016-9701-x.
© Левакова Н. М., Сафонов П. Е., 2016
