Научная статья на тему 'Зарубежные методы защиты КБВД от несанкционированных воздействий'

Зарубежные методы защиты КБВД от несанкционированных воздействий Текст научной статьи по специальности «Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства»

CC BY
57
16
Поделиться

Аннотация научной статьи по общим и комплексным проблемам технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства, автор научной работы — Снытко А.В., Мироненко Е.Д., Герус А.А., Баляков Д.Ф., Ладыгин А.П.

Проводится обзор современных зарубежных и отечественных методов защиты КБВД от несанкционированных воздействий.

Похожие темы научных работ по общим и комплексным проблемам технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства , автор научной работы — Снытко А.В., Мироненко Е.Д., Герус А.А., Баляков Д.Ф., Ладыгин А.П.,

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Зарубежные методы защиты КБВД от несанкционированных воздействий»

Секция «Проектирование и производство летательньк аппаратов»

УДК 629.7.063

А. В. Снытко, Е. Д. Мироненко, А. А. Герус, Д. Ф. Баляков Научный руководитель - А. П. Ладыгин1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск 1ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева, Железногорск

ЗАРУБЕЖНЫЕ МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ КБВД ОТ НЕСАНКЦИОНИРОВАННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Проводится обзор современных зарубежных и отечественных методов защиты КБВД от несанкционированных воздействий.

Для новых КА на базе платформы «Экспресс-4000» с весовыми характеристиками, превышающими энергетические возможности РН «Протон», прорабатывается концепция довыведения с использованием плазменных двигательных установок c ксеноновым баком высокого давления (КБВД) вместимостью до 500 кг.

В связи с длительным жизненным циклом изготовления и отработочных испытаний КБВД, а также его уязвимостью к ударным воздействиям, необходимо разработать меры предосторожности от несанкционированных воздействий на КБВД при выполнении с ним работ по сборке, изготовлению и экспериментальной отработке. Для КБВД должен быть проведен анализ угроз на уровне системы, должны быть идентифицированы потенциальные источники ударов и уровни энергии удара при системной интеграции, установлены уровень давления в КБВД при каждом потенциальном источнике удара, а также установлен перечень возможных опасных для бака событий (падение, вращение на твёрдой поверхности, срыв мо-ментного ключа, удар/царапанье инструментом по наружной поверхности КБВД, удары погрузчика и крюка подъемного крана и т. д.).

Анализируя доступную информацию по КБВД за рубежом можно с уверенностью сказать, что изготовлено и прошли испытания тысячи самых разных по размерам и исполнению композиционных баков, а потому опыт фирм по специальному экранированию КБВД от несанкционированных воздействий достаточно богат.

Стандарт ANSI/AIAA S-081, разработанный рабочей группой американского института аэронавтики и астронавтики (AIAA) и принятый американским институтом национальных стандартов (ANSI), как американский национальный стандарт, предлагает план контроля за повреждениями от ударов, который должен применяться на всех этапах существования КБВД начиная с предприятия-изготовителя, через весь цикл испытаний, и на всех этапах интегрирования в систему перед пуском.

В целом, план контроля ударных повреждений использует минимум три основные методологии: обеспечение неповреждаемости с помощью процедуры исключения воздействий, применение индикаторов ударов и использование системы защиты от ударов

Первый метод, процедурный, требует от персонала высшего уровня качества надзора и 100 % гарантии, что КБВД не получит никаких повреждений. Персонал для этой цели должен быть обучен и сертифицирован относительно полных знаний по всем возмож-

ным источникам повреждения КБВД и по методам выполнения неразрушающей оценки, включая внешний осмотр.

Второй метод состоит в использовании индикаторов удара для установления любых повреждений от ударов и снижения уровня требований к качеству надзора за счёт установки индикаторов удара и, соответственно, контроля их показаний. Применение индикатора в качестве единственного средства смягчения последствий повреждения КБВД под давлением, как определено в 4.2.10.2.1 (стандарта S-081), производится обязательно при отсутствии персонала возле КБВД.

Если не используются защитные покрытия (чехлы), то должны использоваться индикаторы, эффективность которых по предотвращению последствий удара, энергия которого превышает защитные возможности покрытия (чехла) подтверждена экспериментально. Если испытания КБВД на остаточные напряжения не выполняются, индикатор должен быть способен регистрировать удары энергией 6,8 Дж, наносимые полусферическим стальным ударником диаметром 13 мм.

Если индикатор расположен снаружи защитного покрытия (чехла), эффективность такого индикатора должна быть предварительно подтверждена испытаниями.

Третий метод заключается в использовании защитных систем, способных принимать на себя последствия вмятин и прогибов в результате всех вероятных сценариев в опасном окружении. Этот метод требует повышенного внимания персонала только в процессе монтажа и демонтажа защитных систем.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Испытательный центр НАСА «Белые пески» (White Sands Test Facility - WSTF) объявил о разработке поглощающей энергию многослойной оболочки, которая является прототипом облегченных, недорогих и съемных кожухов для экранирования и иной защиты для КБВД. Такая защитная оболочка не только экранирует КБВД от ударов, но и оснащена пьезо-датчиками для контроля за ударными нагрузками, превышающими пороговый уровень. Такие нагрузки для КБВД могут возникнуть при небрежном обращении с ними в результате, например, падения на них инструментов. Энзолитовая пена использовалась до сих пор как средство некоторой защиты. Однако WSTF пришел к выводу, что энзолитовая пена сама по себе способна обеспечить ограниченную защиту от предполагаемых нагрузок. Фактически, эксперименты показали, что КБВД экранируется только энзолитовой пеной при ударе со скоростью около 19 м/с, макси-

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

мальное отклонение 3,96 мм наступает через примерно 7 мс, а удар оставляет постоянную деформацию 0,38 мм. На практике, такое повреждение требует замены КБВД. Программа испытаний WSTF также обнаружила, что КБВД незащищен без слоя из энзоли-товой пены, которая может сильно деградировать от удара с энергией 47 Дж. Таким образом, программа испытаний WSTF выявила необходимость в более лучшей защите, чем защита, создаваемая энзолитовой пеной.

Была разработана противоударная (энергопогло-щающая) многослойная защитная оболочка, удовлетворяющая таким требованиям. Эта оболочка представляет собой кожух из слоистого материала, каждый слой которого выполняет специфическую функцию: (1) слой энзолитовой пены толщиной 12,7 мм; (2) внутренняя оболочка из композита толщиной 1,3 мм; (3) слой из алюминиевой сетчатой пены толщиной 12,7 мм; (4) прочная композиционная оболочка толщиной 9,5 мм. Энзолитовая пена дает защиту от царапин; композиционная внутренняя оболочка обеспечивает ровную, жесткую поверхность, на которой удерживается алюминиевая пена; алюминиевая пена поглощает большую часть ударной нагрузки на сжатие; а композиционная внешняя оболочка предотвращает проникновение острых предметов. Между слоями энзолитовой пены и композиционной внутренней оболочкой встроен пьезорезистивный датчик силы, который используется для контроля ударов с энергией

выше 20 Дж - пороговый уровень энергии, испытанный в WSTF..

При испытаниях КБВД, защищенной такой оболочкой, удар происходил на скоростях около 20 м/с и максимальное отклонение достигало значения 1,3 мм спустя 6 мс. Никаких остаточных деформаций не имело места при таких испытаниях. Эти результаты демонстрируют значительное улучшение КБВД по сравнению с образцом, защищенным только энзоли-товой пеной.

На фоне активного развития технологий создания сосудов высокого давления для КА с использованием композиционных материалов за рубежом, отечественный опыт в данной области невелик, а потому и опыт по защите КБВД от несанкционированных воздействий оставляет желать лучшего. Использование накопленных зарубежными странами наработок позволит сэкономить значительные средства отечественных фирм, работающих в данной области.

Библиографические ссылки

1. ANSI/AIAA S-081-2000. Space Systems - Composite Overwrapped Pressure Vessels (COPVs)». Стандарт НАСА от 19.12.2000 г.

2. Implementation Guidelines for ANSI/AIAA S-081: Space Systems Composite Overwrapped Pressure Vessels. Aerospace Report No. R-2003(8504)-1 20 January 2003.

© Снытко А. В., Мироненко Е. Д., Герус А. А.,

Баляков Д. Ф., 2013

УДК 629.7

А. Н. Трофимов, В. Д. Лоскутов Научный руководитель - Л. А. Бабкина Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ТРУБОПРОВОДАХ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Рассматривается задача конечно-элементного моделирования термических напряжений в трубопроводах системы терморегулирования (СТР) КА.

Постановка задачи включает: создание трехмерной геометрической модели трубопровода системы терморегулирования с использованием САПР SolidWorks (см. рисунок); моделирование при принятых допущениях в пакете Flow Simulation течения рабочей жидкости по трубопроводу с учетом теплопередачи; передачу результатов анализа в пакет конечно-элементного анализа SolidWorks Simulation для уточ-

ненного расчета напряженно-деформированного состояния элементов СТР.

Результаты численного моделирования показали: СТР обеспечивает отвод избыточного тепла, выделяющегося при работе приборов.

Созданная конечно-элементная модель может быть использована при определении способа компоновки КА.