Композиты в ракетно-космической технике

Автор Fakir, 13.11.2004 20:53:43

« предыдущая - следующая »

0 Пользователей и 1 гость просматривают эту тему.

X

ЦитатаПочему же проблемы? Я как-то в купе ехал со сварщиком, так он между делом обмолвился, что алюминий аргоновой сваркой - на раз варится. И титан тоже варится без особого труда. Причём сварщик не с какого-нибудб высокотехнологичного производства.

Уточняю, не  вообще проблемы, а только у моей конторы.  Варить "на раз"- просто вопрос наличия технологии. Надо ведь не прото сварить, а чтоб потом швы не лопались после сварки и термоциклов (все время были вакумно плотными). Даже нержавеку можно так заварить, что из шва все легируюшие присадки убегут и шов станет ломким. Я не зря лопату в пример приводил - экстремальная проверка шва.

Igor

Прочность композитов обеспечивают волокна, а они работают только на растяжение, при сжатии будет работать только связующее. Кстати поэтому надо занимиться подгонкой направления волоком, если направление действия нагрузки не будет совпадать с направлением намотки волокон, то остается надеятся только на прочность связующего.

ВЯЛый

2IGOR

  Года три назад, мне случайно удалось познакомиться с техологией изготовления композиционных материалов на серийном заводе. Так вот там борьба шла не за упорядовачение направления волокон композита, а наоборот за максимальную хаотичность их расположения, для получения анизотропности механических свойств.
  Может быть я чего-нибудь тогда недопонял из объяснений технологов, но с точки зрения здравого смысла - такой подход предпочтительнее. ИМХО.
Всё будет не так.   В.А. Ляхов

X

Цитата: "Fakir"Гость
Alexc
ЦитатаКстати на Буране композиты применялтсь достаточно широко.
ЦитатаМожно подробностей?:)

За подробностями в ВИАМ... Но насколько я знаю - сот, угля и клеевой сборки там хватало

Бродяга

Что касается титана - он просто относительно недавно появился в больших промышленных количествах, лет 20-30 назад.

 Да, там сложная технология получения металла. Сперва делается губка, которая потом смешивается с лигатурами, всё прессуется в такую большую болванку.
 Болванка проковывается, получается "толстая проволока" (эдак до метра диаметром). :)

 Потом заготовку режут и прокатывают.

 Изделие - лист или пруток стоит около 20 долларов за килограмм.

 Сложно обрабатывается и сваривается - титан поглощает азот, что резко ухудшает его свойства.

 Но эти проблемы решаемые, главное другое.
 У вас есть технология "заточенная под алюминий", её менять - всё переделывать.
 Получится "нечто более совершенное" - но Насколько? Оправдает это создание нового производства?
[color=#000000:7a9ea26d56]"В тот день, когда задрожат стерегущие дом, и согнутся мужи силы; и перестанут молоть мелющие, потому что их немного осталось; и помрачатся смотрящие в окно;"[/color]

Igor

если волокн анаправить по всем направлениям свойства будут анизотропными, но при растяжении. И на сколько уменьшится число волокон в направлении, которое нас интересует, кто это сможет предсказать? Значит надо непредсказуемо наращивать массу детали.

Igor

Чем вам так не нравится аллюминий? В РКТ используют АМг-6, он хорошо обрабатыватся и сваривается, это в авиации дюраль с ним сложнее.

avmich

Принципиальное преимущество композитов - возможность достичь большего массового совершенства, чем с алюминием. Надежда на то, что при массовом производстве это будет ещё и сравнимо по стоимости - или лучше - чем классические решения из металла. Всё же баки - а это основная масса - тела относительно несложной формы, и хорошо вписываются в свойства композитов работать "на растяжение".

А так, конечно, алюминий хорош. Отработан, недорог...

Бродяга

ЦитатаПринципиальное преимущество композитов - возможность достичь большего массового совершенства, чем с алюминием. Надежда на то, что при массовом производстве это будет ещё и сравнимо по стоимости - или лучше - чем классические решения из металла. Всё же баки - а это основная масса - тела относительно несложной формы, и хорошо вписываются в свойства композитов работать "на растяжение".

А так, конечно, алюминий хорош. Отработан, недорог...

 Да, кстати сегодня общался со своим прочнистом из МВТУ.
 Всё они могут сделать (пока ещё), но "денег стоит".
 Армирующий материал умеют ориентировать, в том и прелесть, что можно получить нужную прочность в нужном направлении.
 Криогенность тоже можно обеспечить, по крайней мере на уровне жидкого кислорода.

 Только это всё Финансировать Надо. Все хотят нормально жить.
[color=#000000:7a9ea26d56]"В тот день, когда задрожат стерегущие дом, и согнутся мужи силы; и перестанут молоть мелющие, потому что их немного осталось; и помрачатся смотрящие в окно;"[/color]

avmich

Бродяга, у Любителей Денег Нет :) и не планируется. Если они готовы говорить с такими людьми - было бы очень хорошо. Скромные суммы, конечно, найдутся, но Не Космических Масштабов  :lol: . Мы всё же из своих карманов платим. С другой стороны, наши потребности тоже вполне скромные - и с настоящими ценами мы знакомы :) .

VK

Цитата
ЦитатаПринципиальное преимущество композитов - возможность достичь большего массового совершенства, чем с алюминием. Надежда на то, что при массовом производстве это будет ещё и сравнимо по стоимости - или лучше - чем классические решения из металла. Всё же баки - а это основная масса - тела относительно несложной формы, и хорошо вписываются в свойства композитов работать "на растяжение".

А так, конечно, алюминий хорош. Отработан, недорог...

Да, кстати сегодня общался со своим прочнистом из МВТУ.
 Всё они могут сделать (пока ещё), но "денег стоит".
 Армирующий материал умеют ориентировать, в том и прелесть, что можно получить нужную прочность в нужном направлении.
Ориентировать в нужном направлении хорошо в плоских деталях одинарной кривизны. На двойной кривизне начинается фигня - получаются ненужные толщины и неоптимальные углы укладки. В деталях, где нужно воспринимать сосредоточенные нагрузки, совсем грустно. Приходится делать закладные металлические элементы и обеспечивать их сопряжение с композитом. Здесь оптимальной укладкой не пахнет даже. Ну и основная прелесть - композиты типа углепластика не воспринимают сигма z, то есть напряжения по нормали к плоскости укладки.

VK

ЦитатаКстати на Буране композиты применялтсь достаточно широко.
ЦитатаМожно подробностей?
В свое время я месяц сидел в Сызрани, там на заводе "Пластик" мы делали углепластиковые обтекатели посадочных устройств на блок "А" Энергии. Это те самые наросты, которые по бокам блоков налеплены. "Удовольствия" было по горло. Обтекатели одним концом ставятся на керосиновый бак, вторым - на кислородный, отсюда - мощные температурные деформации. Решение - крепить по углам (почти) шарнирно, чтобы не ломать их еще при заправке. Получили мощные сосредоточенные усилия в местах крепления. Панели сотовые,  пришлось внутрь ставить закладные фитинги, по панелям лепить усиливающие балки и т.д.  В общем, возни было много. На бумаге справились, потом в изготовлении получили полный букет всех прелестей - от непроклея до разрывов на краях закладок, а также выламывание фитингов, гофры на криволинейных профилях с непредсказумыми механическими прочностями и жесткостями и т.д. В общем, это надо на своей шкуре испытать, прежде чем начинать восторгаться композитами.

Igor

Сделать бочку наддутую внутренним давлением можно, днища естественно будут неоптимальные, но это компенсируется снижением массы. Но закрепить эту бочку в конструкцию, тут VK знает лучше и все написал.

Salo

http://www.roscosmos.ru/main.php?id=15&did=1284
Цитата«Создание базовых элементов и узлов разгонных блоков и двигательных установок нового поколения из перспективных конструкционных и композиционных материалов на период 2011-2013 г.» Шифр: ОКР «Качество»[/size]
http://www.roscosmos.ru/download/2011_03_03_kachestvo.zip
Цитата2. Цель и задачи ОКР[/size]

2.1. Цель работы:
Создание опытного образца камеры сгорания ЖРД (срок выполнения - 2012 г.) и опытных образцов базовых элементов и узлов для демонстратора ЖРД на основе неметаллических композиционных материалов (КМ), подготовка предложений.
Проведение работ по внедрению КМ в опытные образцы базовых элементов перспективных двигательных установок (ДУ) на базе двигателей типа 14Д23, РД0124А, РД191.

2.2.  Задачи ОКР:
2.2.1. Изготовление и испытания опытного образца камеры сгорания ЖРД из КМ, проведение дефектации.
2.2.2. Разработка рекомендаций по внедрению камер сгорания ЖРД из КМ в двигательные установки типа 14Д23, РД0124А, РД191, РД0146, ЖРДМТ.
2.2.3. Разработка КД, изготовление и испытания опытных образцов базовых элементов из КМ для демонстратора ЖРД. Разработка и изготовление технологической оснастки на опытные образцы базовых элементов из КМ для демонстратора ЖРД.
2.2.4. Разработка КД и сборка опытных образцов узлов из КМ для демонстратора ЖРД. Проведение испытаний опытных образцов узлов из КМ для демонстратора ЖРД.
2.2.5. Разработка КД и сборка демонстратора ЖРД из опытных образцов базовых элементов и узлов из КМ.
2.2.6. Анализ условий работы базовых элементов и узлов перспективных ДУ. Разработка требований к конструкции, технологии изготовления опытных образцов базовых элементов и узлов перспективных ДУ, в том числе на технологическую оснастку.
2.2.7. Разработка КД, изготовление, испытания моделей сопел из КМ перспективных ДУ. Анализ результатов испытаний.
 2.2.8. Разработка КД, изготовление и испытания моделей базовых элементов и узлов из КМ перспективных ДУ. Разработка и изготовление технологической оснастки для изготовления моделей базовых элементов и узлов из КМ перспективных ДУ. Анализ результатов испытаний.
2.2.9. Разработка предложений по созданию на основе опытных образцов базовых элементов из КМ двигательных установок нового поколения на базе двигателей типа 14Д23, РД0124А, РД191, РД0146.
2.2.10. Обобщение результатов работ по теме за 2011-2013 годы.

3. Тактико-технические требования.[/size]

3.1. Состав базовых элементов и узлов из КМ и технологической оснастки для их изготовления.
3.1.1. Опытный образец камеры сгорания из КМ.
3.1.2. В состав узлов из КМ для демонстратора ЖРД должны входить:
-   система хранения компонентов топлива;
-   ЖРД.
3.1.3. В состав базовых элементов из КМ для демонстратора ЖРД должны входить:
   в части системы хранения компонентов топлива:
o   бак окислителя;
o   бак горючего;
o   трубопроводы подачи и слива компонентов;
o   баллоны наддува;
o   ферма крепления элементов системы хранения компонентов топлива.
   в части ЖРД:
o   камера сгорания;
o   стационарный сопловой насадок радиационного охлаждения;
o   сдвижной сопловой насадок радиационного охлаждения;
o   тепловая защита соплового насадка;
o   система раздвижки сопел;
o   силовая рама ЖРД;
o   радиационный экран;
o   силовые тяги крепления радиационного экрана;
o   газоводы и другие высокотемпературные элементы проточного тракта.

3.1.4. В состав опытных образцов базовых элементов перспективных ДУ должны входить:
   в части ЖРД 14Д23 (РД 0124А):
o   сопловой насадок;
o   тепловая изоляция;
o   рама;
o   донный экран.
   в части ЖРД РД191:
o   сопловой насадок;
o   тепловая изоляция;
o   рама.

3.1.5. В состав технологической оснастки для изготовления опытных образцов базовых элементов и узлов из КМ должны входить:
   в части камеры сгорания:
o   оправка для цилиндра камеры;
o   оправка для высокотемпературной обработки (ВТО);
o   приспособление для опрессовки камеры;
o   копир для мехобработки цилиндра камеры и вкладыша.
   в части сопел и сопловых насадков:
o   шаблон для раскроя детали «Лепесток»;
o   оправка для изготовления углепластиковой заготовки;
o   резиновый мешок для опрессовки;
o   гидровакуумная камера;
o   оправка для ВТО;
o   автоклав для ВТО;
o   приспособление для механической обработки и сборки;
o   шаблон для контроля наружного профиля;
o   копир для проточки наружного профиля
o   сушильный шкаф.
   в части баков и баллонов:
o   лейнер;
o   вал для вращения лейнера;
o   намоточный станок;
o   цапфа приводная;
o   цапфа опорная;
o   ложемент и приспособление для межоперационной транспортировки;
o   бронебокс для испытаний;
o   сушильный шкаф.
   в части ферм, рам, силовых элементов и радиационных экранов:
o   оправка для силовых труб;
o   матрица для малого пояса;
o   матрица соединителя большого пояса;
o   матрица накладки большого пояса;
o   матрица накладки малого пояса;
o   оправка для профиля рамы;
o   стапель сборки;
o   оправка для конуса;
o   оправка для отражателя;
o   оправка для тяги.
   в части тепловой изоляции:
o   шаблон для раскройки;
o   шаблон для контроля наружного профиля;
o   приспособление для опресовки;
o   сушильный шкаф.

3.2. Требования по назначению.
3.2.1. Общие требования к базовым элементам и узлам из КМ, в том числе на опытный образец камеры сгорания ЖРД, для демонстратора ЖРД и перспективных ДУ.
3.2.1.1. Базовые элементы и узлы из КМ предназначены для отработки и подтверждения эффективности комплексного применения неметаллических КМ в РБ и ДУ при решении задач доставки космических аппаратов (полезной нагрузки) на орбиту.
3.2.1.2. Базовые элементы и узлы из КМ и реализованный комплекс технических решений при изготовлении базовых элементов и узлов из КМ должны обеспечить внедрение КМ для создания конкурентоспособных передовых образцов ДУ перспективных и модернизируемых СВ, РБ и СМТ.
3.2.1.3. Базовые элементы и узлы из КМ и комплекс технических решений должны обеспечить повышение энергомассовых характеристик ДУ и уменьшение стоимости доставки полезной нагрузки.
3.2.1.4. При выполнении ОКР должны быть представлены технико-экономические оценки создания и отработки вариантов базовых элементов и узлов из неметаллических КМ перспективных двигательных установок на базе двигателей 14Д23, РД0124А, РД191, включая оценки затрат на этапах проектирования, отработки и эксплуатации.
3.2.1.5. Применение и внедрение КМ должно обеспечивать сокращение номенклатуры элементов конструкции различных типов ДУ.
3.2.2. Требования к моделям и опытным образцам базовых элементов и узлов из КМ.
3.2.2.1. Модели базовых элементов и узлов из КМ должны быть изготовлены в обоснованных габаритах из конструкционных композиционных материалов, обеспечивающие выбор и отработку технологии изготовления, пакетов и видов материалов основы и покрытий для всех условий эксплуатации. Результаты испытаний моделей должны быть учтены при разработке проектно-конструкторской и технологической документации на опытные образцы из КМ.
3.2.2.2. Опытные образцы базовых элементов и узлов из КМ должны быть изготовлены в обоснованных габаритах из конструкционных композиционных материалов для проведения их функциональных, в т.ч. огневых испытаний, обеспечивающие перенос результатов на условия эксплуатации полноразмерных базовых элементов и узлов (баки, фермы, рамы, сопла, НРО, камеры сгорания, экраны радиационной защиты). При этом должно быть разработано и изготовлено испытательное оборудование, позволяющее имитировать основные виды нагружения конструкции в процессе эксплуатации и регистрировать термонапряженные характеристики в опытных образцах из КМ. Должны быть разработаны методические основы экспериментальных исследований и проектных расчетов.
3.2.3. Требования по энергомассовым характеристикам:
Выигрыш в массе базовых элементов и узлов ДУ РБ и КА из перспективных неметаллических композиционных материалов по сравнению с металлическими аналогами должен составлять не менее:
-   для системы хранения (баков) компонент топлива, %   35
-   для ферм и рам из композиционных материалов, %   40
-   для стационарных сопел и НРО, %   40
-   для камер сгорания, %   40
-   для экранов радиационной защиты, %   20
Увеличение удельного импульса тяги ДУ из КМ по сравнению с традиционными аналогами и должно составлять не менее:
-   для сдвижных НРО (с учетом весового эквивалента), %   2
-   при интеграции экранов радиационной защиты с донными элементами ДУ, %   1
Удельный импульс тяги ДУ с элементами из КМ и металлическими аналогами должен определяться по Межотраслевой методике определения удельного импульса тяги ЖРД.

3.2.4. Требования по характеристикам неметаллических композиционных материалов:
3.2.4.1. Требования по классам материалов:
В качестве КМ для базовых элементов и узлов из КМ должны быть использованы: углерод-углеродные (УУКМ), углерод-керамические (УККМ) КМ, а также углепластики (УП) и КМ с высокотемпературными связками:
-   для системы хранения (баков) компонент топлива - армированные пластики, в том числе углепластики и органопластики;
-   для ферм и силовых рам - углепластики, стеклопластики, УУКМ;
-   для сопел и НРО - УУКМ, в том числе с антиокислительными и герметизирующими покрытиями, УККМ, в том числе с комбинированными матрицами;
-   для камер сгорания - УККМ, в том числе с комбинированными матрицами;
-   для экранов радиационной защиты - углепластики, стеклопластики с высокотемпературными связующими, низкоплотные УККМ.
3.2.4.2. Требования по функциональным характеристикам КМ.
Границы диапазона изменения характеристик КМ, указанные в настоящем пункте, уточняются до проведения испытаний моделей базовых элементов и узлов из КМ.
3.2.4.2.1. КМ для системы хранения (баков) компонент топлива:
-   снижение суммарного коэффициента массового совершенства (
"Были когда-то и мы рысаками!!!"

Salo

http://www.roscosmos.ru/main.php?id=15&did=1286
Цитата"Разработка углепластиков на основе высокопрочных углеродных жгутовых лент и эпоксидных связующих для изготовления разгонных блоков ракетоносителей, корпусных панелей спутниковых платформ, топливных баков вытеснительных систем двигателей". Шифр: НИР «Сакор».[/size]
http://www.roscosmos.ru/download/2011_03_04_sakor.zip
Цитата2. Цель и задачи НИР[/size]

2.1 Цель НИР -- проведение исследований и разработка углепластиков на основе высокопрочных  углеродных жгутовых лент и эпоксидных связующих для изготовления  корпусных панелей разгонных блоков ракетоносителей, корпусных панелей спутниковых платформ, силовых оболочек топливных баков вытеснительных систем двигателей.

2.2 Задачи, решение которых  обеспечивает достижение поставленной цели.
2.2.1 Проведение патентных исследований в соответствии с                   ГОСТ Р. 15.011-96. Анализ и выбор способов модификации связующих.
2.2.2 Разработка технологического процесса изготовления модифицированных связующих с повышенными физико-механическими и эксплуатационными характеристиками. Изготовление опытных образцов, исследование свойств.
2.2.3 Проведение исследований и разработка технологического процесса изготовления препрегов на основе углеродных жгутовых лент и модифицированного связующего. Разработка и изготовление технологической оснастки для отработки технологии изготовления препрегов. Изготовление образцов, проведение испытаний. Выпуск ТУ на препрег.
2.2.4 Проведение исследований и разработка технологического процесса изготовления углепластиков на основе модифицированного связующего. Изготовление образцов,  проведение комплексных испытаний. Выпуск паспорта на углепластик.
2.2.5 Проведение исследований и разработка экспериментальных методик определения прочностных и термодеформационных характеристик углепластиков, проявляемых ими в многослойных конструкциях. Изготовление образцов многослойных структур, проведение исследований.
2.2.6 Проведение исследований и разработка технологических процессов изготовления силовых оболочек топливных баков вытеснительных систем подачи топлива ЖРД,  корпусных панелей спутниковых платформ и разгонных блоков ракетоносителей из высокопрочных жгутовых углепластиков с различной степенью армирования. Изготовление образцов и проведение испытаний.
2.2.7 Корректировка по результатам испытаний разработанных технологических процессов и разработка рекомендаций по применению модифицированных углепластиков в типовых узлах и элементах конструкций РКТ.

 3. Требования к выполнению НИР[/size]

3.1 Исследования по НИР «Сакор»  выполнять в соответствии  с требованиями ГОСТ РВ 15.105-2001 СРПП ВТ «Порядок выполнения научно-исследовательских работ и их составных частей. Основные положения». Технологические процессы должны быть оформлены в соответствии с ГОСТ 3.1105-84, ГОСТ 3.1118-82, ГОСТ 3.1404.
3.2  В рамках данной темы должны быть:
-   проведены исследования и разработаны  модифицированные связующие с повышенными физико-механическими и эксплуатационными характеристиками;
-   проведены исследования и разработаны углеродные наполнители, аппретированные под эпоксидные модифицированные связующие;
-   проведены исследования и разработана методика оценки качества пропитки в углеродной жгутовой ленте;
-   проведены исследования и разработана методика определения прочностных и термодеформационных характеристик углепластиков;
-   проведены исследования и разработаны методические рекомендации по технологии изготовления конструктивных элементов изделий из углепластиков на основе высокопрочных углеродных жгутовых лент и модифицированных эпоксидных связующих.

3.3  По завершению работы должны быть:
разработаны технологические процессы:
-   изготовления модифицированных связующих с повышенными физико-механическими и эксплуатационными характеристиками;
-   изготовления препрегов с высококачественной пропиткой и стабильными характеристиками,
-   изготовления углепластиков на основе модифицированного связующего;
-   изготовления оболочек топливных вытеснительных систем двигателей,
-   изготовления  корпусных панелей разгонных блоков ракетоносителей и спутниковых платформ из высокопрочных жгутовых углепластиков.

3.4 В итоговой научно-технической документации должны быть представлены:
результаты разработки углепластиков на основе высокопрочных углеродных жгутовых лент и модифицированных эпоксидных связующих; технологическая документация на разработанные технологии (технические условия ¬ -- 1 комплект, паспорт -- 1 комплект, технологические процессы -- 5 комплектов).
"Были когда-то и мы рысаками!!!"