Пределы совершенства

[МиГ-31]

В пластиковом, конечно...

ПЭТФМ

[avmich]

"С платиновыми" - это фигура речи такая, рассчитана на то, чтобы показать: дорого. Не дорого - точнее, не настолько дорого, чтобы было неинтересно. В основном программу закрыли по "политическим" соображениям. Одним из вариантов - кстати, не лучшим - рассматривался слой из тонкого алюминия - может, даже серебрёного, для уменьшения наводораживания - чтобы ЖВ не проходил. Но есть, насколько понимаю, и пластиковые слои, подходящие для этого... Растрескивание шло от вскипания воздуха, сжиженного в порах при нахождении ЖВ внутри, этого можно было бы избежать, герметизировав бак снаружи. Но это всё нужно было делать...

VK! Скажите, что думаете об этом шар-баллоне :) .

[МиГ-31]

"С платиновыми" - это фигура речи такая, рассчитана на то, чтобы показать: дорого. Не дорого - точнее, не настолько дорого, чтобы было неинтересно. В основном программу закрыли по "политическим" соображениям. Одним из вариантов - кстати, не лучшим - рассматривался слой из тонкого алюминия - может, даже серебрёного, для уменьшения наводораживания - чтобы ЖВ не проходил. Но есть, насколько понимаю, и пластиковые слои, подходящие для этого... Растрескивание шло от вскипания воздуха, сжиженного в порах при нахождении ЖВ внутри, этого можно было бы избежать, герметизировав бак снаружи. Но это всё нужно было делать...

??
Что? У них были поры в стенках? Да еще и открытые? Не верю! У нас даже с этим разобрались хрен знает когда. Не было  у нас такой проблемы. Не думаю, что амеры настолько тупее нас были. Другое дело, что борьба с этими порами - источник баснословного удорожания процесса. Но это уже тонкости, в которые я бы вдаваться не стал. Пусть амеры так и остаются тупее. Учить их здесь на форуме я не буду. Уа-ха-ха!

[VK]

Почему около фланцев получается большая толщина? Сфера изначально - фигура симметричная, и мотается тоже симметрично, за исключением тех "экваторов", которые проходят через зоны у полюсов. Получается, у полюсов вроде как раз тоньше... но полюса не очень большие, так что только слегка тоньше.

Что-то я здесь упускаю?

Да, кстати, нити в любой точке проходят по касательной . Что имелось в виду-то? Похоже, что-то я не понял.

Дело в том, что для сферической оболочки надо держать нагрузку по всем направлениям одинаково. Для намотки это означает класть слой на слой под 90 градусов, или с равномерным шагом по углу. Шар-баллоны наматывают таким образом: первый виток а ля орбита с наклонением около 85 градусов - т.е. почти полярно, но там фланцы торчат, 90 град не положишь. Далее баллон поворачивают на толщину нити, и следующий виток кладется рядом с предыдущим. Но! Около полюса нить ДОЛЖНА перепрыгныть через предыдущий виток. Последовательно поворачивая шар-баллон, мы доходим до величины поворота на 180 град. Наш очередной виток пересекает ПЕРВЫЙ под углом около 90 градусов - на экваторе. Угол пересечения слоев ближе к полюсам уменьшается до 0,  а суммарная толщина, наоборот, возрастает - и это правильно, ибо чем меньше угол между двумя слоями, тем меньше прочность в поперечном направлении - вклад каждого слоя по синусу невелик. Таким образом, получаем гладко (а это значит - технологично и надежно) обмотанный шар-баллон, где на экваторе идеально малая толщина и идеально равномерное пересечение слоев под 90 град. Около фланцев - все слои проходят по касательной к Полярному кругу   , и меридиональная прочность практически отсутствует, но присутствует толстый валик нитей. Можете попробовать мотать сами - вся проблема во фланцах.

В 15 см диаметр фланцев можно попробовать вписать и площадки. Какая ширина должна быть этих площадок? 2 см? 5 см?.. Понятно, что переход прочности от композита к металлу - это сложное место... вот как бы это численно оценить?

Уверен, делать чисто композитную оболочку с вмотанными-вклееными фланцами - нереально. Главная причина - различный модуль упругости и невозможность равномерной передачи нагрузки в стыке металл-композит. Про температурное расширение, как абсолютно верно подчеркнул МиГ-31, я вообще молчу. Проблемы герметичности в композитных контрукциях будут решены нескоро.

Вот сделать шар-баллон из металла, а сверху обмотать для повышения несущей способности - это можно. На блоке Д стоят такие БВД (баллоны высокого давления). Они делаются примерно так, как я рассказал выше. Проблема создания такого шар-баллона в том, что надо, чтобы герметизирующая металлическая оболочка, раздуваясь под действие внутреннего давления, начинала нагружать композитную обмотку раньше, чем сама достигнет предела прочности. Здесь нужен точный расчет и специальные технологические приемы при намотке для создания предварительного натяжения нитей - типа охлаждения оболочки и намотки под растягивающим усилием.

Если вас интересуют такие БВД, попробуйте обратиться на РККЭ - думаю, секрета из таких баллонов они делать не будут.

[Старый]

Ну вобщем как водится Гость опять ничего не понял. В цитированной им статье говорилось лишь о том, что товарищи просто научились делать композитные баки которые вообще в состоянии держать жидкий водород (не трескаясь), и которые только ОБЕЩАЮТ снижение веса бака на 10-25%. А Гость уже размечтался о повышении ПН Протона на четверть... А некоторые и до 40 тонн...

[Старый]

ЗЫ:С ума сойти! Я со Старым согласен хоть в чем-то!

Никуда не денетесь! Согласитесь и в остальном!    

[avmich]

VK, спасибо. Понятно.

Исходя из симметричности сферы, была идея этот толстый валик размазать по всей поверхности. То есть, класть не только под 85 градусов к экватору, но под промежуточными углами. В предельном варианте в каждой точке сферы будет пересекаться бесконечное :) число бесконечно тонких нитей под всеми возможными углами - изотропия. Вопрос, конечно, о приближениях к ней.

То есть, ещё раз, не только обходить полярный диск по кругу, создавая валик, но и отступать от этого диска - наматывать "орбиты" не под углом 85 градусов, а, скажем, 30 градусов, или вообще по экватору. Тогда такого толстого валика не будет.

Кстати, если мотать только под 85 градусов, на экваторе пересечения будут не под прямым углом.

Теперь насчёт герметичности. Полностью металлический бак, обмотанный для прочности нитью - это можно рассматривать как предельный случай больших фланцев, когда эти фланцы смыкаются на экваторе. Понятно, что, если эту металлическую внутреннюю оболочку разрезать по экватору, она не будет держать усилия, направленные к полюсам - но их будет держать композитная оболочка. Если зону разреза расщирить - т.е. срезать дополнительные полосы металла - то постепенно на металл будет нарастать усилие - в районе полюсов же один металл держит. Получится такое распределение нагрузки - неравномерное - на металл. Но неясно, почему металл не может при этом нагрузку держать. Вот и вопрос - какие должны быть "поля" этой шляпы, то есть фланца, чтобы металл на полюсах уже хорошо держал давление? Минимальная ширина полей?

Не очень понятно, почему делать оболочку со вмотанными-вклеенными фланцами нереально. Так вроде делают. Вматывание фланцев, держащих штуцер - тут Игорь Суслов может, думаю, рассказать. Баки такие вроде бы делают...

http://www.smad.com/scorpius/lowcost/tanks.html

Ещё armadilloaerospace.com вроде бы использует композитные баки с алюминиевыми фланцами. И другие материалы попадаются, о баках других фирм... Навскидку ссылки трудно найти, но периодически попадаются. Непонятно, почему такая отрицательная оценка возможности - "нереально"...

Насчёт РККЭ - спасибо :) . Не подскажете, к кому можно обратиться? ШБ хочется всё же достаточно определённого размера... Мне можно написать на avmich@yahoo.com .

[Ber]

Надо, конечно, работать над этим - вон американцы на Х-34, кажется, композитный бак делали? Не сумели ...

Эх, жалко не могу ссылку дать - давно это было.
Где то лет 7 назад читал у НАСА ньюса по Х-34, и там было написано, что композитный топливнй бак был в сентябре 1996  доставлен из... России. (Хотите верьте, хотите нет)  А потом они его забадали и попытались заменить на аллюминевый, а потом проект закрыли. Вот такие пироги.

[МиГ-31]

По приведенной вами ссылке - фотография нашего бачка практически один к одному ! :twisted:
Опять же оттуда же - урок того, как надо работать с прессой. Там написано:
 

All-composite LOX tank successfully flown in Garvey Spacecraft Corp. Rocket!

Если на этом остановиться, то можно кричать ура и недоумевать по поводу скептицизма ретроградов, вроде меня. Но. Если не полениться и посмотреть КАК слетал этот бак, то видим:

The vehicle took several seconds to fly up the 57-ft launch rail. Shortly after leaving the rail, the Kimbo-IV then pitched over sharply in the downrange direction. The assessment of many observers is that the vehicle (which had a large margin of static aerodynamic stability) encounted a wind shear and weathervaned. The resulting trajectory was less than optimal for the recovery system and in any event, the nosecone remained attached to the vehicle through the entire flight, which lasted approximately 37 seconds. At that point, the vehicle made a nose-first impact in the lake bed, 2.9 miles away. Although I have not yet seen any, I have heard that a number of observers captured great videos of the entire flight (Steve Bartlett has a good one of the vehicle flying up the rail).

Я бы усомнился в том, что к этому полету можно приенить слово успешно.
 Смотрим дальше:

- All-composite fuel tank successfully flown in SR-XM-1 launch vehicle!

Теперь смотрим отчет о полете SR-XM-1и видим http://www.smad.com/scorpius/9005p.pdf  страница 9

We have made substantial progress in the development of
all-composite propellant tanks. We have successfully
flown an all-composite fuel tank on the SR-XM-1 flight.
This fuel tank is similar to the design to be used in the
Sprite pods. The SR-XM-1 used an aluminum LOX tank.
An all-composite LOX tank will be used for future
vehicles, starting with the SR-M. Figure 10 shows the allcomposite
fuel tank flown in SR-XM-1 vehicle and
Figure 11 shows the all-composite LOX tank during
cryogenic testing. These light-weight tanks allow the use
of pressure-fed systems for orbital vehicles without the
complexity of turbo-machinery

Опаньки! Вроде как прямой подлог и обман инвесторов получается?
  Не давайте себя дурить, граждане!
 Ничего еще толком не летало( я про цельнопластики) и неизвестно когда. Особенно если говорить о водороде.

[VK]

То есть, ещё раз, не только обходить полярный диск по кругу, создавая валик, но и отступать от этого диска - наматывать "орбиты" не под углом 85 градусов, а, скажем, 30 градусов, или вообще по экватору. Тогда такого толстого валика не будет.

Теоретически можно, но 1) мешают фланцы; 2) сложно организовать такую намотку технически.

Кстати, если мотать только под 85 градусов, на экваторе пересечения будут не под прямым углом.

Но близко к нему. А ближе к полюсам будет еще хуже, но толще, что в принципе облегчает задачу.

Теперь насчёт герметичности. Полностью металлический бак, обмотанный для прочности нитью - это можно рассматривать как предельный случай больших фланцев, когда эти фланцы смыкаются на экваторе.

Не совсем так. У Вас получается оболочка с фланцами, где около фланцев будут особые зоны - краевой эффект, локальное нагружение. В металле в таких местах делают утолщенные зоны. Оболочка и фланцевые зоны работают по разному, поэтому нельзя считать оболочку развитым до предела фланцем.

Но неясно, почему металл не может при этом нагрузку держать. Вот и вопрос - какие должны быть "поля" этой шляпы, то есть фланца, чтобы металл на полюсах уже хорошо держал давление? Минимальная ширина полей?

Металл держать может, но надо грамотно организовать передачу нагрузки с композита на металл. Ширина перехлеста, в принципе, может быть определена, как размер, на котором прочности соединения "композит-металл" достаточно для передачи нагрузки (с коэффициентом безопасности, разумеется). Если это клей, то берем погонную нарузку оболочки p*r/2 (сфера под внутренним давлением), делим на прочность клеевого соединения tau, получаем требуемую ширину полосы перехлеста - клеевого стыка. Клеем может быть и собственно связующее композита.

Но здесь добавится неодинаковый модуль упругости композита и металла, вследствие чего под давлением в стыке будет уже не сферическая форма, появятся изгибающие моменты, и все может разлететься на куски - клей плохо работает на отрыв, он хорошо держит только сдвиг. Возможно, нужны специальные приемы - перфорирование края металла, создание гофра или шероховатости. Может быть, начальная прошивка-проклейка края металлического фланца, а только потом заматывание его препрегом.
В общем, сначала нужны тщательные расчеты, а затем экспериментальная отработка и контроль технологии.

Насчёт РККЭ - спасибо . Не подскажете, к кому можно обратиться? ШБ хочется всё же достаточно определённого размера... Мне можно написать на avmich@yahoo.com .

Ответ - на мыло.

[X]

Позвольте вопрос: А чем обычно мотают - ниткой или лентой?

[Игорь Суслов]

Позвольте вопрос: А чем обычно мотают - ниткой или лентой?

Всяко мотают. Корпуса РДТТ - нитью.

[МиГ-31]

Позвольте вопрос: А чем обычно мотают - ниткой или лентой?

Чем обычно - не знаю.
 У нас - ниткой.

[Бродяга]

Да не нужно Высокое массовое совершенство, нужно Низкое+Многоразовость.

 Для первой ступени это решается заменой её на самолёт. Повысить массовое совершенство в 100-1000 раз нереально, а использовать самолёт 1000 раз вроде как умеют.

[Bell]

Позвольте вопрос: А чем обычно мотают - ниткой или лентой?

Чем обычно - не знаю.
 У нас - ниткой.

Ну дык попробуйте в следующий раз лентой  :wink:
Может протечек поменьше будет

ЗЫ. Причем меньше во столько раз, во сколько лента шире нити  

[X]

Сферические баки, сферические баки. Не кажется ли вам, что после решения задачи создания облегченного композитного сферического бака последует возрождение компоновки Н-1. Баки там были, спору нет, легкими, да вот поддерживающая их конструкция... Боюсь, что это путь назад в будущее, а скорее вперед в прошлое  

[МиГ-31]

Позвольте вопрос: А чем обычно мотают - ниткой или лентой?

Чем обычно - не знаю.
 У нас - ниткой.

Ну дык попробуйте в следующий раз лентой  :wink:
Может протечек поменьше будет

ЗЫ. Причем меньше во столько раз, во сколько лента шире нити  

Я в этом вопросе не специалист, но, насколько я помню, при намотке лентой - нитки идущие по утку - не работают и являются мертвым грузом. Ввиду того, что лента не есть цельная полоса(как металическая лента) а есть нечто тканное, то герметичности она также не повышает.

[Старый]

Всётаки все эти намотки дают преимущество по весу перед металлом только в ёмкостях с высоким давлением. В ёмкостях с низким давлением, каковыми являются баки обычных ракет, преимущества нет, скорее наоборот.

[МиГ-31]

Всётаки все эти намотки дают преимущество по весу перед металлом только в ёмкостях с высоким давлением. В ёмкостях с низким давлением, каковыми являются баки обычных ракет, преимущества нет, скорее наоборот.

Абсолютно.
 Но не попробовать было нельзя: во-первых модно, во вторых боязнь быть обвиненными в ретроградстве. Главное, чтобы наступание на грабли не превращалось в прыжки на них.

[Игорь Суслов]

Ну дык попробуйте в следующий раз лентой  :wink: Может протечек поменьше будет

Ввиду того, что лента не есть цельная полоса(как металическая лента) а есть нечто тканное, то герметичности она также не повышает.

Товарищ Bell пошутил