CC BY
91
Секция
«ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ»
УДК 629.78.002.3
Р. В. Алякрецкий, Д. В. Орлова, А. А. Брокс Научный руководитель - А. В. Гирн Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ЗАЩИТА ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ КА ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЛАЗМЫ СТАЦИОНАРНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Проведено нанесение защитного покрытия микродуговым оксидированием (МДО) на алюминиевую фольгу марки АД, отработаны режимы получения защитного покрытия из оксида алюминия. Проведены тестовые испытания образцов покрытия на воздействие факторов эксплуатации.
Для обеспечения функционирования космического аппарата (КА) в течение всего срока активного существования (САС) изделия необходимо, чтобы деградация ряда параметров аппаратуры и систем в процессе эксплуатации не приводила к нарушению его целевого использования. Ужесточение требований по массе, энерговооруженности, и повышение требований к ресурсу и надежности КА приводят к уплотнению его компоновочной схемы. Как следствие, возрастает эрозионное воздействие стационарных плазменных двигателей (СПД), используемых в качестве двигателей коррекции, на материалы элементов конструкции КА. Обострение конкуренции на рынке космической техники, вызывает необходимость в разработке новых и модернизации существующих защитных покрытий с требуемыми характеристиками.
Эрозионное воздействие плазменных струй СПД, заключающееся в уносе материала конструкции в результате длительной бомбардировки ионами газа, приводит к уменьшению их толщины и к загрязнению внешних поверхностей КА продуктами распыления. Основной характеристикой данного вида воздействия является глубина эрозии, т. е. толщина распыленного слоя.
Предварительная оценка эрозионно-загрязняюще-го воздействия плазмы, генерируемой стационарными плазменными двигателями, на поверхности панелей солнечных батарей и терморегулирующих покрытий (ТРП) радиатора системы терморегулирования (СТР) КА показала, что данное воздействие может оказать существенное дестабилизирующее воздействие на функционирование КА.
Еще одно негативное воздействие плазменных струй СПД проявляется с эрозией электропроводящего слоя (ПЭП) с терморегулирующих покрытий КА, что приводит к накоплению статического заряда и возникновению электропробоев на поверхности КА.
Таким образом, с целью повышения качества изготовления изделий космической техники необходимы разработка и применение на критичных поверхностях КА покрытий с повышенной стойкостью к эрозионному воздействию плазмы СПД.
В настоящее время для КА, функционирующих на геостационарных орбитах, для защиты от эрозии эле-
ментов конструкции применяется полиамидная пленка с липким слоем Л1-ПМ (ТР № 370-762-48-274), что не вполне удовлетворяют современным требованиям по эрозионной стойкости данного материала. Наиболее близким к предлагаемому защитному покрытию по технической сущности является радиационно-защитное покрытие, размещаемое на подвергающихся воздействию ионизирующего излучения поверхностях (Патент РФ № 2304557 от 20.03.2006), выполненное в виде наноструктуры, которая включает совокупность атомов редкоземельных элементов, введенных в структуру армирующей атомно-молекулярной металлической матрицы, при этом наноструктура является составной частью защищаемой конструкции, либо образует ее защитный слой. Известное из патента РФ № 2304557 покрытие состоит из дефицитных и дорогостоящих редкоземельных элементов и сложную технологию получения защитных покрытий.
Проведенный предварительный анализ показал, что к веществам, обладающим высокой стойкостью к воздействию струи плазмы инертных газов (аргона, ксенона), относится оксид алюминия (Al2Oз). Оценочные расчеты показывают, что необходимая толщина защитного покрытия из Al2O3 для активного существования КА 15 лет должна быть не менее 30 мкм.
В данной работе предлагается защищать элементы конструкции КА попадающие под действие плазмы СПД тонкой (до 100 мкм) алюминиевой фольгой с покрытием из оксида алюминия толщиной до 30 мкм, нанесенного микродуговым оксидированием (МДО), что приемлемо и по весовым характеристикам. На конструкции КА, изготовленных из алюминиевых сплавов, покрытия могут наноситься непосредственно на защищаемые поверхности.
Покрытия наносились на установке ИАТ-Т, источник питания которой позволяет осуществлять независимую регулировку анодной и катодной составляющих тока, и одновременно стабилизировать средние величины этих токов, что существенно упрощает проведение процесса МДО и ведет к улучшению качества получаемых покрытий.. Источник имеет следующие технические характеристики: диапазон регулируемых напряжений - (0-800 В); диапазон регулируемых то-
Секция «Проектирование и производство летательньк аппаратов»
ков - (0-120) А/дм2; погрешность стабилизации тока до 5 %.
В качестве подложки использовались образцы фольги АД размерами 160*130 мм и толщиной 100 мкм. Микродуговое оксидирование образцов проводили в слабощелочных водных электролитах различных составов.
Покрытия формировали при соотношении 1к / 1а от 0,6 до 1,4, плотностях тока в диапазоне от 10 до 40 А/дм2 , продолжительность обработки составляла 10-60 мин.
Для проведения испытаний защитных покрытий на воздействие факторов хранения и эксплуатации были изготовлены образцы защитного покрытия на алюминиевой фольге АД по ГОСТ 4784-74 микродуговым оксидированием поверхности. Размер образцов 100*100 мм.
На образцах были проведены следующие виды испытаний:
- цикличное сгибание на диаметре 20 мм;
- ускоренные климатические испытания (УКИ);
- радиационное воздействие;
- термоциклирование.
Проведенные исследования полученных образцов показали, что после воздействия плазмы у образцов
алюминиевой фольги с микродуговым оксидированием поверхности внешний вид остался без изменений. Максимально изменились масса и толщина у образцов полиамидной пленки. Образцы МДО потеряли массу большую, чем образцы алюминиевой фольги, это можно объяснить некоторой гигроскопичностью МДО покрытий. Толщина покрытий практически не изменилась. Исследования показали, что покрытия полученные методом МДО, могут быть использованы в качестве защитных покрытий на КА.
Библиографические ссылки
1. Смирнов В. А., Надирадзе А. Б. и др. Исследование загрязняющего воздействия собственной внешней атмосферы и плазмы стационарных плазменных двигателей на космическом аппарате «Экспресс-АМ» // Вестник СибГАУ. 2006. Вып. 2(9). С. 46-50.
2. Надирадзе А. Б., Рахматуллин Р. Р. и др. Особенности экспериментального определения стойкости композиционных материалов к эрозионному воздействию струй стационарных плазменных двигателей» //Вестник СибГАУ. 2012. Вып. 1. С. 91-96.
© Алякрецкий Р. В., Орлова Д. В., Брокс А. А., 2013
УДК 629.783
Д. Ф. Баляков, А. А. Герус, Е. Д. Мироненко, Я. Л. Похильченко, А. В. Снытко Научный руководитель - Т. И. Соловьёва1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск :ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева, Железногорск
ОЦЕНКА НАГРУЖЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ КА ПРИ КОНСОЛЬНОЙ ТРАНСПОРТИРОВКЕ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ ТРАНСПОРТОМ
Проводится анализ нагружений частей (элементов) конструкции космического аппарата для режима его транспортирования по железной дороге.
Оценка функций нагружения частей КА для режима его транспортирования по железной дороге основывается на исследовании реакции нелинейной системы «вагон - космический аппарат», на внешнее кинематическое воздействие со стороны пути (при установившемся режиме движения) и со стороны смежных вагонов (при переходных режимах движения поезда) [1]. Наибольший интерес для исследования представляет оценка реакции системы «вагон - космический аппарат» в местах крепления корпуса аппарата к платформе. В общем случае режим вибрации платформы может представляться в виде стационарного широкополосного процесса, на который накладываются нестационарные колебания с несущей частотой порядка 40 Гц [2]. В тоже время, функции нестационарного нагружения, характеризуются сравнительно большими значениями перегрузок в продольном направлении, максимальные значения которых необходимы для оценки требуемых диапазонов несущей способности и жесткости аппарата. При перевозке по железной дороге одним из возмущающих фак-
торов являются стыковые неровности случайной величины и случайные геометрические неровности пути, создающие кинематические возмущения на каждую необрессоренную колесную пару транспортного средства. По результатам исследования нагружения системы «вагон - космический аппарат», математическая модель неровностей железнодорожного полотна представлена в виде комбинации периодических стыковых и случайных геометрических неровностей [3].
Периодические стыковые неровности принимают вид
)=и
( ЪпУ ^ 1 - сое-'
L
и
где и0 - случайная величина глубины неровностей, описываемая нормальным законом распределения; V - скорость движения состава; L - длина стыковой неровности.
Случайные геометрические неровности описываются спектральной плотностью вида:
