CC BY
165
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
где Г(а) - неполная гамма-функция; а и в - параметры распределения, которые определяются соотношениями
d
1
а = ß-dc =-!■ = — ß =
Dc kB
d.
D,
где КВ - коэффициент вариации.
Функция плотности распределения пор по размерам определяется средним размером пор dс и безразмерными параметрами а и р. Область определения параметров а > 0, р > 0 и d > 0. При d < 0 значения функции _Дй?) = 0. Функция плотности распределения пор по размерам описывает геометрические свойства порового пространства пористых сред, у которых неоднородность поровой структуры может изменяться от ее полного отсутствия (при а ^ ® -идеальная пористая среда), до масштаба, соизмеримого с геометрическими размерами элемента (а ^ 0). По данным экспериментальных исследований поро-вой структуры конструкций из материала МР, параметр распределения а для данных конструкций может принимать значения от 0,6 до 2,4.
Из анализа строения исследованных структур, можно сделать вывод о том, что параметр распределения а связан со взаимным расположением элемен-
тов твердой фазы. Поэтому безразмерный параметр а можно использовать как характеристику степени неоднородности микроструктуры материала МР и других пористых сред, имеющих любой другой закон распределения пор по размерам.
Для сравнения пористых сред и оценки влияния их структур на процессы массопереноса в них необходима масштабная характеристика порового объема. Такой характеристикой для пористых сред может быть их средний размер пор dс.
Библиографические ссылки
1. Коллинз Р. Течение жидкостей через пористые материалы. М. : Мир, 1964.
2. Богомолова А. Ф., Орлова Н. А. Количественная характеристика структуры порового пространства. ПМТФ. № 4. С. 77-81.
3. Белоусов А. И., Изжеуров Е. А., Сетин А. Д. Исследование гидродинамических и фильтровальных характеристик пористого материала МР // Вибрационная прочность и надежность двигателей и систем летательных аппаратов. Куйбышев. 1975. Вып. 2. С. 70-80.
© Забабурина О. В., Жижкин А. М., 2010
2
УДК 621.454
Н. И. Зуев
Научный руководитель - К. Ф. Голиковская Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩИЕСЯ КОСМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Предлагается экспериментальный конструкционный материал для космических аппаратов.
В авиации и космонавтике существует настоятельная необходимость в изготовлении прочных, легких и износостойких конструкций. Композиционные материалы применяются для изготовления силовых конструкций летательных аппаратов, искусственных спутников, теплоизолирующих покрытий ракетоносителей, космических зондов. Все чаще композиты применяются для изготовления обшивок воздушных и космических аппаратов, и наиболее нагруженных силовых элементов.
В отличие от живых тканей, способных полностью или частично восстанавливать поврежденные участки, современные инженерные материалы «излечиванию» практически не поддаются. Однако уже в ближайшем будущем ситуация может кардинально измениться: в работе [1] обнародованы результаты по созданию самозалечивающегося композитного материала.
Экспериментальный конструкционный материал для космических аппаратов позволит вдвое продлить срок службы из их корпусов. Трещины и небольшие выбоины будут немедленно затягиваться
специальным быстро твердеющим составом, не вызывая снижения прочности конструкции.
Корпуса космических аппаратов постоянно подвергаются воздействию резких температурных контрастов. Постоянные перепады температур порождают напряжения в материале корпуса и ведут к появлению микротрещин.
Другой механизм космической эрозии - удары микрометеоритов. Однако космические пылинки и частицы космического мусора размером меньше миллиметра достаточно многочисленны и при скоростях в десятки километров в секунду вызывают постепенную деградацию конструкций.
Новый материал, разработанный в Европейском космическом агентстве (ESA), обладает повышенной устойчивостью к факторам космической эрозии благодаря способности самовосстанавливаться [2] при повреждениях.
Образцы нового материала успешно прошли первые испытания в вакуумной камере. Тем не менее, уже сейчас ESA считает, что новый материал позволит вдовое продлить время работы тех косми-
Секция «Энергодвигательные установки и системы терморегулирования»
ческих аппаратов, для которых эрозия является ограничивающим фактором.
Библиографические ссылки
1. Kessler M. R., Sottos N. R., White S. R. Self-healing structural composite materials [«Самозалечивающиеся» конструкционные композиционные ма-
териалы] // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2003. Vol. 34. № 8. P. 743-753.
2. Cho S. H., White S. R., Braun, P. V. Self-healing polymer coatings [«Самозалечивающиеся» полимерные покрытия] // Advanced Materials. 2009. Vol. 21. P. 645-649.
© Зуев Н. И., Голиковская К. Ф., 2010
УДК 629.7.036.5(075.8)
С. В. Ковалев Научный руководитель - М. В. Краев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ ЖИДКОСТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Рассмотрены преимущества и перспективы использования трехкомпонентного жидкостного ракетного двигателя.
В последние годы утвердилось направление развития ракетно-космической техники, связанное с созданием транспортных ракетно-космических комплексов.
Современное ракетостроение развивается в направлении увеличения груза, выводимого на орбиту, при одновременном снижении стоимости выведения 1 кг груза. Во многих проектах перспективных транспортных ракетных комплексов используется два вида горючего: углеводородное на начальном участке выведения и водород (или метан) на высотном участке работы при сокращении числа ступеней. Необходимость повышения энергетических характеристик двигательной установки в сочетании с высокой надежностью и многократностью использования и возможностью одновременной или последовательной работы на двух горючих требует разработки новых эффективных схем двигательных установок с применением высокоэффективных топлив. В связи с этим перспективным является использование трехкомпонентного ЖРД. Наиболее близким к предложенному является ЖРД, работающий на трехкомпонентном топливе, содержащий камеру, смесительную головку, три турбонасосных агрегата для подачи водорода, углеводородного горючего и кислорода, соответствующее устройство направляет перегретый водород к каждому турбонасосу.
Двигатель содержит трехкомпонентный газогенератор, соединенный через агрегаты автоматики и регулирования с насосом первого горючего и через магистраль с линией второго горючего, к линии питания первым горючим подведена магистраль про-
дувки инертным газом. Насос первого горючего установлен на одном валу с дополнительным насосом второго горючего. Турбины трех турбонасосных агрегатов питаются газогенераторным газом через трехпозиционный клапан переключаемый при переводе двигателя на двухкомпонентный режим.
Использование в одном двигателе комбинации двух горючих - углеводородного, обладающего высокой плотностью, и водорода, обеспечивающего высокие значения удельного импульса, расширяют возможности ракет-носителей. При этом редкие те-плофизические характеристики водорода дают возможность использовать его эффективно в качестве охладителя и рабочего тела для привода насосов.
Специалисты России не только нашли и экспериментально подтвердили целый ряд технических решений, благодаря которым новый агрегат сочетает в себе качества двигателей первой и второй ступеней, но и пошли дальше. Они сделали его многоразовым, что позволяет заметно удешевить космические запуски и в будущем создать возвращаемую ракету-носитель или многоразовую аэрокосмическую систему, избавившись, таким образом, от полей падения, зон отчуждения и прочих опасностей.
Библиографическая ссылка
1. Алемасов В. Е., Тишин А. П. Теория ракетных двигателей : учебник для студ. машиностроительных спец. вузов. М. : Машиностроение, 1980.
© Ковалев С. В., Краев М. В., 2010
