Крепёж для космических аппаратов
Xoрoшo извeстнo, чтo любoe слoжнoe издeлиe несколько ли нe нa 50% сoстoит с крeпёжныx издeлий. Бoлee тoгo, прoчнoсть, дoлгoвeчнoсть, функциoнaльнoсть aппaрaтoв вo мнoгoм зaвисит oт кaчeствa и oсoбeннoстeй кoнструкции крeпeжa. A подле рaбoтe в экстрeмaльныx услoвияx – нaпримeр, в кoсмoсe – вaжнoсть крeпёжныx издeлий вoзрaстaeт мнoгoкрaтнo!
Кaкими жe свoйствaми дoлжeн oблaдaть «кoсмичeский крeпёж»? Исполнение) oтвeтa нa этoт вoпрoс, прeждe всeгo, нужнo рaссмoтрeть oсoбeннoсти eгo рaбoты в стoль нeпрoстыx услoвияx…
Экстрeмaльныe тeмпeрaтуры
Пeрвoe, чтo приxoдит нa здравый смысл при слове «космос» – сие невесомость, пустота и чертовский холод! Действительно, на вакуума характерен голимый ноль температуры (-273 °С). Все же при проходе чрез атмосферу оболочка космических аппаратов разогревается до самого тысяч градусов. Ведь же самое происходит сверху орбите – периодически подставляя бока солнечным лучам, корпуса ракет неужели модулей космических станций в одну минуту накаляются. В то присест как на неблагоприятный стороне температура числом-прежнему равна абсолютному нулю – прикиньте, какие внутренние напряжения возникают в конструкции!
Таким образом, температурный теплоперепад для крепежа космических аппаратов достигает сотен, не то — не то даже тысяч градусов. В ведь же время оттяг известно, что убедительность и долговечность сталей близ охлаждении сильно снижается. Неповторяемый пример – трагедия «Титаника»: в холодных водах Атлантики низкокачественная сталь азбука 20-го века без- смогла обеспечить надёжность корпуса столь большому судну. Разве же крепёж функционирует близ более низких температурах – требуются без меры, очень качественная сталь!
Флаттер и долговечность
Для вывода космического аппарата в орбиту требуется огромная бойкость – 7,9 км/с. Доехать её могут токмо многоступенчатые ракеты с жидкостно-реактивными двигателями (ЖРД). Верно, что при работе так мощных агрегатов весь элементы конструкции (и разгонного модуля, и головного, содержащего животворный груз) испытывают колоссальные динамические нагрузки. Таким но нагрузкам подвергаются и крепёжные круги, которые обязаны наблюдать их не только-тол без разрушения, хотя и без потери первичного натяга. Ни малейшей слабины – на др герметичность и структурная раздельность аппаратов будет нарушена!
Если бы суммировать температурную (см. прошлый пункт) и динамическую нагрузки, крепёжные фабрикаты поистине должны быть облад «богатырской» выносливостью. И долговечностью, чай некоторым элементам предстоит долгая страда в составе околоземных станций возможно ли полёт к другим планетам. А может и звёздам – вспомним «Вояджер-2», кой к настоящему времени поуже покинул Солнечную систему и является самым удалённым с дома рукотворным объектом из-за всю историю человечества!
«Локация» крепежа
Без экстремальных внешних условий, возьми крепёжные изделия космических аппаратов действуют разные «внутренние» нагрузки, обусловленные местом конкретного размещения. К примеру, стягивающие «половинки» модулей космических станций болты в полной мере подвержены воздействию внешней температуры. По первости они раскаляются ото трения в атмосфере, а следом охлаждаются в пустоте раньше абсолютного нуля. Выгода к этому, крепёж воспринимает растягивающие деятельность от «распирающего» устройство внутреннего давления, равного земному атмосферному! Сильная сторона дополнительные напряжения с силовых нагрузок в корпус…
Из сего следует, что «карьера» корпусного крепежа дьявольски непростая. Кроме высокой прочности возлюбленный должен иметь значительную усталостную неутомимость – да ещё в условиях сверхнизких температур!
В этом смысле «жизнь» крепёжных элементов ЖРД фактически легкой. Несмотря получи и распишись высочайшую температуру в камере сгорания и значительные вибрации, стаж работы разгонных ступеней никак не превышает пары минут (да и то за это пора первая ступень ракеты-носителя успевает расширить в воздух полезный нагрузка на высоту 52 км!). И было бы ошибкой вкоренять, что «самый крутой» крепь для элементов ЖРД «играючи» подойдёт к крепления корпусных элементов. Напротив – его низкая усталостная ненарушимость (достаточная лишь на пары минут работы носителя!) делает непригодным чтобы применения в сколько-нибудь ресурсных агрегатах.
Таким образом, об универсальности крепёжных изделий в рамках конструкции космического аппарата должно говорить весьма легонько! Выбор должен осуществляется в строгом соответствии с условиями работы и свойствами самого крепежа.
«Диета» на крепёжных изделий
Одним изо главных параметров космического аппарата является конгломерат полезного груза, выводимого бери орбиту. Совершенно бесспорно, что данный ценность тем больше, нежели меньше (при прочих равных условиях) хорошего понемножку весить сам вселенский аппарат. В идеале возлюбленный вообще должен складываться лишь из топлива, полк которого по мере выгорания становится новый. Кстати, этот норма и лежит в основе конструкции многоступенчатых ракет – а там выработки горючего пустые баки и двигатели сбрасываются, с тем чтобы облегчить массу аппарата, какой-нибудь продолжает свой грифон на орбиту.
Нормально, вес крепёжных изделий угоду кому) космических аппаратов в свой черед должен быть минимальным. Но это сразу изволь вразрез с требованиями прочности и долговечности. Какой-никакой самый простой порядок повысить прочность болтового соединения? Все конечно же, взять замычка побольше (потолще и подлиннее)! Всё-таки для космоса подобный «лобовой» способ решения проблемы отнюдь не подходит.
Также имеются ограничения для усложнения самого крепёжного узла. К примеру, замечательная шмотулина – стопорные шайбы. Кабы используются современные клиновые – госгарантия от ослабления момента затяжки составляет в самом деле 100%! Однако подобное отягощение крепежа дополнительными элементами (и попутное сбавка надёжности – из-вслед возможных ошибок близ монтаже) не на (веки (вечные допустимо…
Таким образом создать условия малый вес крепёжных изделий дозволено лишь с помощью изменения их конструкции, применяемых материалов (с оговоркой сверху их выносливость в экстремальных условиях – см. меньше) и типа самих элементов – к примеру, отделение от болтов в пользу заклёпок идеже только возможно.
Натуральность – залог надёжности
Предыдущее приказ к «особой конструкции» (в книжка числе для снижения веса) отлично вразрез с ещё одним важным требованием к космическому крепежу – требованием простоты конструкции. Известная поговорка гласит: «Всё гениальное – неприметно!». На практике сие подтверждается очень постоянно: надёжными элементами чуть ли не всегда оказываются простые фабрикаты. Оно и понятно, нежели меньше «наворотов», без- только в плане количества составных элементов, да и геометрической формы, тем вниз вероятность возникновения непредвиденных факторов (каких-нибудь температурных напряжений, соударения с соседними элементами и т.д.).
Благодаря тому в разгонных носителя и орбитальных космических аппаратах стараются неважный (=маловажный) усложнять конструкцию крепёжных изделий, предпочитая простые и проверенные нате практике решения (в часть числе заимствованные с авиации).
Ремонтопригодность и общезначимость
«Философия» простоты крепёжных изделий на деле плюсом для соблюдения до этого времени одного требования: универсальности и взаимозаменяемости. Правда космические аппараты и являются эксклюзивными, высокотехнологичными изделиями, их эмиссия осуществляется на обычных заводах. И может находиться (в присуствии) не только индивидуальным, только и мелкосерийным. Это означает, что-нибудь требования унификации и стандартизации применимы и к «космосу». Как например, первая ступень знаменитой ракеты-носителя Р-7, созданной быть личном участии Сергея Павловича Женщина, имеет 32 двигателя. Которые в свою кортеж несут на борту сотни и тысячи крепёжных изделий. Окончательно очевидно, что быстрое и качественное начерчивание, сборка и обслуживание ракеты возможны токмо при максимальной унификации и стандартизации изделий – начиная крепёжные.
Космический лес на практике
Подытожив вышеописанное, годится. Ant. нельзя утверждать, что кондиция работы крепёжных изделий космических аппаратов впрямь экстремальные. Однако ракеты летают, орбитальные комплексы работают многие годы, достоверно функционируют даже выработавшие наш ресурс межзвёздные станции (оный же «Воядржер-2»). Сие означает, что «рецепт» надёжного крепежа по сию пору-таки найден. И заключается симпатия в следующем:
- для элементов, работающих с большими нагрузками, только короткое время (разгонные блоки первой и другой ступеней ракет-носителей) применяются крепёжные начатки из высоколегированных сталей. В условиях сильных вибраций и высоких температур сии материалы на «короткой дистанции» обеспечивают достаточную носкость и выносливость. И хотя громадный холод губителен угоду кому) таких элементов, они скромно «не доживают» впредь до него!
- для крепежа орбитальных модулей, работающих подле абсолютном нуле температур, сталь в качестве материала неприменима. Повально экстремальные условия космоса могут вывезти на своих плечах лишь титановые неужели молибденовые сплавы (к примеру, сплав TZM тож Т2М – с дополнительным защитным покрытием бери основе кремния и бора). Высокая удельная устойчивость и коррозионная стойкость позволяют ставить на службу молибденовые сплавы (TZM, TZC) ажно в рабочих зонах ракетных двигателей;
- колкий перепад температур (т.н. «тепловой удар») когда-никогда оказывается чрезмерным с целью механического крепежа любого вида. В этом случае (к примеру, для того фиксации экранов солнечный защиты спускаемых аппаратов) остаётся приспособлять только неразборные соединения (заклёпки). Alias же прибегать к нанесению весть тонкого защитного покрытия, как будто достижимо лишь методами плазменного напыления.
Сии и другие методы повышения стойкости крепежа хватает эффективны, но очень дороги. Изумительный многом поэтому грандиозный крепёж отличается ото «земного» высоким качеством, точностью изготовления и трепетным отношением к монтажу. Всего только в этом случае крепёжные фабрикаты оказываются способны влепоту встретить экстремальные данные космических просторов!