Journal of Rocket-Space Technology
Not a member yet
238 research outputs found
Sort by
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РУКАВОВ СТЫКОВКИ СИСТЕМЫ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОЙ РАКЕТЫ «ЦИКЛОН-4»
Get PDFРозглянуті особливості виготовлення гумових гофрованих рукавів для вузлів стикування системи термостатування космічних ракет. Ці особливості пов’язані із властивостями гуми як конструкційного матеріалу і особливостями технології виготовлення великогабаритних гумотехнічних виробів, до яких відносяться зазначені гумові рукави, формовим способом. Оскільки технологія і спосіб їх виготовлення нерозривно пов’язані з конструкцією технологічного оснащення, розглянуто принципово новий підхід при виготовленні гумових рукавів високої якості декількох типорозмірів одного діаметра різної довжиии в одній прес-формі з можливістю її переналагоджування. Новий підхід полягає в тому, що в прес-формі для виготовлення відповідного гумового рукава в верхній і нижній плитах з внутрішньої сторони вздовж осі попарно симетрично установлюють змінні секційні сегменти, а на суцільну частину розбірного стрижня установлюють змінні діаметральні вкладиші, з допомогою яких забезпечується формоутворення гумового гофрованого рукава відповідних розмірів одного діаметра. При цьому центри поверхонь виступів і западин вкладишів повинні співпадати в площині з відповідними центрами поверхонь западин і виступів змінних секційних сегментів у нижній та верхній плитах прес-форми. Геометричні розміри змінних секційних сегментів та діаметральних вкладишів залежить від геометричних розмірів кожного рукава і кількості гофр на ньому в межах одного діаметра. Це дає можливість мінімізувати витрати на виготовлення та ремонт технологічного оснащення за рахунок зменшення його кількості та підвищити ремонтопридатність технологічного оснащення і його якість за рахунок підвищення технологічності виготовлення і ремонту деталей прес-форми, що забезпечують формоутворення гумового гофрованого рукава для вузлів стикування системи термостатування. На спосіб виготовлення рукавів стикування трубопроводу системи термостатування отримано патент на корисну модель від 27.07.2020 року №143346. Показана можливість підвищення продуктивності праці з виготовлення гумових гофрованих рукавів для системи термостатування за рахунок виготовлення другого взаємозамінного стрижня і його підготовки до експлуатації в процесі здійснення технологічного процесу.The article describes the peculiarities of manufacturing of corrugated rubber hoses for interfaces of thermal conditioning systems of integrated launch vehicles. The peculiarities are determined by the properties of rubber as a structural material, as well as the technology of moulding of large rubber technical products, namely rubber hoses. Taking into account that the hose manufacturing technology іs closely related to the design of the manufacturing equipment, we consider a completely new approach to manufacturing of high-quality single-diameter rubber hoses of different sizes and lengths in one mould with a possibility for mould adjustment. The new approach suggests that replaceable sections are symmetrically mounted in pairs onto the inside of the upper and lower plates along the axis, whereas replaceable diametral liners are mounted onto the solid part of the core assembly enabling moulding of single diameter corrugated rubber hoses of different sizes. The centres of the projections and cavities of the diametral liners should lie in a single plane with the respective centres of the projections and cavities of the replaceable sections in the lower and upper plates of the mould. The dimensions of the replaceable sections and the diametral liners depend on the dimensions of hoses and the number of corrugations in them. It will help cut costs for production and repair of the manufacturing equipment with less equipment required and improve serviceability and quality of the equipment with enhanced manufacturability and repairability of mould components. Utility model patent No. 143346 dated 27 July 2020 was obtained for the technology of manufacturing of corrugated rubber hoses for interfaces of thermal conditioning systems. The article shows the possibility of boosting the productivity when manufacturing corrugated rubber hoses for interfaces of thermal conditioning systems through production of the second interchangeable core assembly and its preparation for installation and operation in course of hose manufacturing.Рассмотрены особенности изготовления резиновых гофрированных рукавов для узлов стыкования системы термостатирования космической ракеты «Циклон-4». Эти особенности связаны со свойствами резины как конструкционного материала и особенностями технологии изготовления крупногабаритных резинотехнических изделий формовым способом, к которым относятся указанные резиновые рукава. Поскольку технология и способ их изготовления неразрывно связаны с конструкцией технологического оснащения, рассмотрен принципиально новый подход к изготовлению резиновых рукавов высокого качества нескольких типоразмеров одного диаметра различной длины в одной пресс-форме, которая может перенастраиваться. Новый подход заключается в том, что в пресс-форме для изготовления соответствующего резинового рукава в верхней и нижней плитах с внутренней стороны вдоль оси попарно симметрично устанавливают сменные секционные сегменты, а на цельную часть разборного сердечника устанавливают сменные диаметральные вкладыши, с помощью которых обеспечивается формообразование резинового рукава соответствующих размеров заданного диаметра. При этом центры поверхностей выступов и впадин вкладышей должны совпадать в плоскости с соответствующими центрами поверхностей впадин и выступов сменных секционных сегментов в нижней и верхней плитах пресс-формы. Геометрические размеры сменных секционных сегментов и диаметральных вкладышей зависит от геометрических размеров соответствующего рукава и количества гофр в нем в пределах одного диаметра. Это дает возможность минимизировать затраты на изготовление и ремонт технологической оснастки за счет уменьшения его количества и повысить ремонтопригодность технологической оснастки и ее качество за счет повышения технологичности изготовления и ремонта деталей пресс-формы, которые обеспечивают формообразование резинового гофрированного рукава для узлов стыковки системы термостатирования. На способ изготовления рукавов стыковки трубопровода получено патент на полезную модель от 27.07.2020 года №143346. Показана возможность повышения производительности труда в случае использования второго взаимозаменяемого сердечника
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СОВЕРШЕНСТВА ЛОПАТОЧНЫХ НАСОСОВ
Get PDFОднією з найважливіших проблем XXI століття є проблема енергозбереження. Вона охоплює всі сфери життєдіяльності людини. Використання енергозберігаючого насосного обладнання не є виключенням. Насоси різних типів і самих різноманітних конструкцій широко використовуються у загальному машино будівництві, військовій і авіо-космічній промисловості. Забезпечення високого ККД насосові є однією з найважливіших складових всього спектра проблем енергозбереження. Результати проведеного дослідження показали, що роботи зі збільшення ККД вельми актуальні. Вони ведуться у всіх галузях промисловості і для всіх типів насосів. Збільшення ККД проводиться по наступним напрямам: розробка нових математичних моделей, які описують більш детально фізичну картину робочого процесу для кожного конкретного типу насоса; використання сучасних розрахунково-обчислювальних програм типу ANSIS. Але у сучасних літературних джерелах недостатньо широко розкрите питання по підвищенню ККД шнековідцентрових насосів ТНА РРД верхніх ступені РН. Тому проведення таких досліджень вельми актуальне а їх результати будуть затребуванні у науковому світі. Відсутній комплексний підхід по визначенню шляхів підвищення ККД шнековідцентрових насосів ТНА РРД верхніх ступені РН. В свою чергу високий ККД агрегатів системи подачі забезпечить високий питомий імпульс РРД верхніх ступенів РН. А від ниоьго в значній мірі залежить маса корисного вантажу який виводить РН. Необхідно провести компчексне експериментально-теоретичне досліджєння в ході якого будуть розробленні методичні засоби, які дозволяють за короткий час і з високою точністю підвищити ККД шнековідцентрових насосів ТНА РРД верхніх ступені РН.Оne of the most important problems of the XXI century is the problem of energy saving. It covers all spheres of human activity. The use of energy saving of pumping equipment is also very relevant. Pumps of various types and different designs are widely used in general engineering, military and aerospace industries. Ensuring high energy characteristics of pumps is one of the most important parts of energy saving problems. The results of the research showed that it is very important to improve energy performance. Works are carried out in all branches of industry and for all types of pumps. Improvement of energy properties is performed in the following direction: Development of new mathematical models describing in more detail the physicss of the working process for each specific type of pump; use of ANSYS software. But in modern literature there is no information about the increase in energy characteristics of low fluid flow low-speed inducer-centrifugal pump liquid propellant rocket engine. Therefore, such research is very important and their results will be in demand in the scientific community. There is no comprehensive approach to identifying ways to increase energy characteristics for low fluid flow low-speed inducer-centrifugal pump liquid propellant rocket engine. In turn, the high energy characteristics of the units of the fuel and oxide supply system units high energy characteristics of the upper stages of the launch vehicle, And the weight of the payload which deduces launch vehicle largely depends on them. It is necessary to conduct a comprehensive experimental-theoretical study during which methodological tools will be developed that allow in a short time and with high accuracy to increase the energy characteristics of low fluid flow low-speed inducer-centrifugal pumps liquid propellant rocket engine upper stages launch vehicle.Одной из важнейших проблем XXI века является проблема энергосбережения. Она охватывает все сферы жизнедеятельности человека. Использование энергосберегающего насосного оборудования не является исключением. Насосы различных типов и самых разнообразных конструкций широко применяются в общем машиностроении, военной и авио-космической промышленности. Обеспечение высоких КПД насосов является одной из важнейших составляющей из всего спектра проблем по энергосбережению. Результаты проведенного исследования показали, что работы по повышению КПД весьма актуальны. Они ведутся во всех отраслях промышленности и для всех типов насосов. Повышение КПД ведется по следующим направлениям: разработка новых математических моделей, описывающих более детально физику рабочего процесса для каждого конкретного типа насоса; использование современных расчетно-вычислительных программ типа ANSYS . В современных литературных источниках недостаточно широко освещен вопрос по повышению КПД шнекоцентробежных насосов ЖРД верхних ступеней РН. Поэтому проведение таких исследований является актуальным, а результаты исследований будут востребованы. Отсутствует комплексный подход по определению путей повышения КПД для шнекоцентробежных насосов ТНА ЖРД верхних ступеней РН. В свою очередь высокий КПД агрегатов системы подачи обеспечит высокий удельный импульс тяги ЖРД. А от высокого удельного импульса тяги ТНА ЖРД верхних ступеней в большей степени зависит масса полезной нагрузки, выводимой РН. Необходимо провести комплексное экспериментально-теоретическое исследование в процессе, которого будут созданы методические средства, которые позволят за короткое время и с высокой точностью повышать КПД шнекоцентробежных насосов ТНА ЖРД верхних ступеней РН
ОСОБЕННОСТИ ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЖРД, ИЗГОТОВЛЕННЫХ АДДИТИВНЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ
Get PDFНа сьогоднішній день ракетно-космічна техніка виходить на новий рівень. Розвиток адитивних технологій та використання нових матеріалів для 3Д-друку позитивно впливають на галузь в цілому. Дуже стрімко зростає конкуренція на сучасному ринку виробів ракетно-космічної техніки, тому значна більшість космічних компаній (державних та приватних), наприклад RocketLab, SpaceX, Firefly Aerospace, FlightControl Propulsion, BlueOrigin та інші все більше використовують 3Д-друковані вироби та деталі. 3Д-друк значно прискорює час виготовлення тих чи інших виробів, що вкрай необхідно при великому серійному виробництві. Також з розвитком адитивних технологій відкрились більші можливості для створення нетипових геометричних форм тих чи інших деталей. Адитивні технології мають декілька способів виготовлення (одним з таких способів є SLM (Selective Laser Melting), за допомогою якого було виготовлено оптимізований кронштейн). В роботі наведено принцип топологічної оптимізації, на прикладі одного кронштейна. Наведена схема алгоритму при виконанні топологічної оптимізації. Описано сам процес топологічної оптимізації, тобто показаний повний цикл. Приведено головний принцип SIMP-методу. На основі отриманого проміжного результату проведено міцністний аналіз (з використанням методу кінцевих елементів (МКЕ)) кронштейна до і після топологічної оптимізації для різних розрахункових випадків (навантаження осьовою стискальною силою, навантаження квазістатичними перевантаженнями), де був визначений кінцевий варіант конструкції. Дана конструкція пройшла ряд статичних випробувань (в умовах реальної роботи) і успішно себе проявила в роботі на виробі, де і передбачалося цільове призначення.Today, rocket and space technologies are reaching a new level. The development of additive technologies and the use of new materials for 3D printing have a positive impact on the industry as a whole. Competition is growing rapidly in today's space rocket market, so the vast majority of space companies (public and private), such as RocketLab, SpaceX, Firefly Aerospace, FlightControl Propulsion, BlueOrigin and others, are increasingly using 3D printed products and parts. 3D printing significantly speeds up the production time of certain products, which is extremely necessary for large series production. Also, with the development of additive technologies, greater opportunities have opened up for the creation of atypical geometric shapes of certain parts. Additive technologies have several manufacturing methods (one such method is SLM (Selective Laser Melting), which was used to make an optimized bracket). The paper presents the principle of topological optimization, on the example of one bracket. The scheme of the algorithm when performing topological optimization is given. The process of topological optimization is described, i.e., the full cycle is shown. The main principle of the SIMP method is given. Based on the obtained intermediate result, the strength analysis (using the finite element method (FEM)) of the bracket before and after topological optimization for different design cases (axial compressive load, quasi-static overload load) was performed, where the final design variant was determined. This design has passed a number of static tests (in real operation) and has proven itself in the work on the product, where the intended purpose.Сегодня ракетно-космические технологии выходят на новый уровень. Развитие аддитивных технологий и использование новых материалов для 3D-печати оказывают положительное влияние на отрасль в целом. На современном рынке ракетно-космической техники стремительно растет конкуренция, поэтому подавляющее большинство космических компаний (государственных и частных), таких как RocketLab, SpaceX, Firefly Aerospace, FlightControl Propulsion, BlueOrigin и другие, все чаще используют 3D-печатные изделия и детали. 3D-печать значительно ускоряет время производства некоторых изделий, что крайне необходимо при крупносерийном производстве. Кроме того, с развитием аддитивных технологий открылись большие возможности для создания нетипичных геометрических форм некоторых деталей. Аддитивные технологии имеют несколько методов производства (одним из таких методов является SLM (Selective Laser Melting), который был использован для изготовления оптимизированного кронштейна). В статье представлен принцип топологической оптимизации, на примере одного кронштейна. Приведена схема алгоритма при выполнении топологической оптимизации. Описан процесс топологической оптимизации, т.е. показан полный цикл. Приведен основной принцип метода SIMP. На основании полученного промежуточного результата проведен прочностной анализ (методом конечных элементов (МКЭ)) кронштейна до и после топологической оптимизации для различных расчетных случаев (осевая сжимающая нагрузка, квазистатическая перегрузочная нагрузка), где был определен окончательный вариант конструкции. Данная конструкция прошла ряд статических испытаний (в условиях реальной эксплуатации) и хорошо зарекомендовала себя в работе над изделием, где используется по назначению
СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ПЛАСТИЧНОСТИ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ С МИНИМИЗАЦИЕЙ ЭНЕРГОЗАТРАТ
Get PDFThis article dial with study, which was carried out to increase the ductility and deformability of titanium alloys BT1-0 and BT6, as well as the formation of highly plastic β-phase emissions in the microvolumes of the alloy. It was determined that the reason for the satisfactory combination of high plastic and impact characteristics with significant strength (σв> 800 MPa) were the following factors: the formation of a significant amount of metastable β-phase, has high plasticity and favorable morphology of the structure in the form of quasi-eutectoid, in which α -phase alternates with plastic β-layers. Research and experiments based on the new concept have proven the prospects of microalloying titanium with a non-deficient effective alloying element, iron. It also shows the real possibility of using much cheaper low-grade sponge-titanium (compared to high-purity sponge titanium) in the smelting of ingots and their processing with a decrease in energy consumption of processing processes and significant economy of titanium. Analysis of these experimental data allowed us to draw the following conclusions. With an increase in the amount of iron in the alloys of the Ti-Fe system, the yield strength and Brinell hardness naturally increased. As shown, iron "loosens" the crystal lattice of titanium and can’t increase the strength of the interatomic bond. Therefore, the nature of the strengthening of titanium iron is different. It is due to the following: grinding of grain in cast and forged states under the influence of iron. It was found that the size of cast grains decreased tenfold during doping titanium alloys by iron. Thus, with increasing concentration of iron in the titanium alloys, the length of the grain boundaries, which were an obstacle to the movement of dislocations, increased sharply.Проведено дослідження з підвищення пластичності і деформованості титанових сплавів ВТ1-0 і ВТ6 та формування високопластичних виділень β-фази в мікрооб’ємах сплаву. Визначено, що причиною задовільного поєднання високих пластичних і ударних властивостей зі значною міцністю (σв>800 МПа) були такі фактори: формування значної кількості метастабільної β-фази, яка має високу пластичність та сприятлива морфологія структури у вигляді квазіевтектоїду, при якій α-фаза чергується з пластичними β-прошарками. Дослідженнями та експериментами на базі нової концепції доведено перспективність мікролегування титану недефіцитним ефективним легуючим елементом – залізом. Також показано реальну можливість використання значно дешевшого низькосортного губчастого титану (у порівнянні з губчастим титаном високої чистоти) при виплавці зливків та обробці їх зі зниженням енергоємності технологічних процесів обробки і значною економією титану. Аналіз отриманих в статті даних дозволив зробити наступні висновки. Зі збільшенням кількості желе-за в сплавах системи Ti-Fe природно збільшуються границя плинності і твердість за Бринелем. Як показано в статті, залізо «розрихляє» кристалічну решітку титану і не може збільшити міцність міжатомного зв'язку. Тому характер зміцнения титанового заліза різноманітний. Це пов’язано з наступним: змішування зерна у литому і кованому стані під дією Fe. Установлено, що при легуванні титанових сплавів залізом розміром литих зерен зменшився в 10 разів. Таким чином, зі збільшенням концентрації заліза в титанових сплавах довжини кордону зерен, які були перешкодою для руху дислокацій, різко збільшувалися.Проведено исследование по повышению пластичности и деформируемости титановых сплавов ВТ1-0 и ВТ6, а также формирования высокопластичных выделений β-фазы в микрообъёмах сплава. Определено, что причиной удовлетворительного сочетания высоких пластических и ударных свойств со значительной прочностью (σв> 800 МПа) были следующие факторы: формирование значительного количества метастабильной β-фазы, которая обладает высокой пластичностью и благоприятной морфологией структуры в виде квазиевтектоида, при которой α-фаза чередуется с пластическими β-слоями. Исследованиями и экспериментами на базе новой концепции доказана перспективность микролегирования титана недефицитным эффективным легирующим элементом – железом. Также показана реальная возможность использования значительно более дешевого низкосортного губчатого титана (по сравнению с губчатым титаном высокой чистоты) при выплавке слитков и обработке их со снижением энергоемкости технологических процессов обработки и значительной экономией титана. Анализ полученных в статье данных позволил сделать следующие выводы. С увеличением количества железа в сплавах системы Ti-Fe естественно увеличиваются предел текучести и твердость по Бринеллю. Как показано в статье, железо «разрыхляет» кристаллическую решетку титана и не может увеличить прочность межатомной связи. Поэтому характер упрочнения титана железом различен. Это связано со следующим: измельчение зерна в литом и кованом состоянии под действием железа. Установлено, что при легировании титановых сплавов железом размер литых зерен уменьшился в 10 раз. Таким образом, с увеличением концентрации железа в титановых сплавах длина границ зерен, которые были препятствием для движения дислокаций, резко увеличивалась
ПРЕИМУЩЕСТВА РАКЕТЫ ИЗ КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА
Get PDFУ статті розглядається масовий розрахунок одноступінчатої твердопаливної ракети-носія з композитного матеріалу, а саме розрахунок коефіцієнта вагової досконалості. Зменшення коефіцієнта вагової досконалості пов'язано із застосуванням нових конструктивно-компонувальних рішень, а також із використанням нових матеріалів. Пропонуємо розглянути питому міцність композитного матеріалу «кевлар», як найбільш застосовуваного в ракетобудуванні композитного матеріалу. В даний час великі перспективи в ракето- та літакобудуванні пов'язують з композиційними матеріалами через їх привабливі механічні характеристики. Наведені приклади компонентів конструкцій ракет з композитного матеріалу «кевлар», які використовуються в даний час в наступних країнах: США та Франція. Запропоновано рішення задачі по виведенню корисного вантажу на низьку орбіту одноступінчатої ракетою-носієм з ракетним двигуном твердого палива, в той час, як з цим завданням може впоратися лише двоступінчата металева ракета з рідинним ракетним двигуном. У даній статті пропонується порівняти енергетичні можливості одноступінчатої твердопаливної композитної ракети з двоступеневою металевою ракетою з рідинним ракетним двигуном. Розглянуто можливість збільшення довжини камери згоряння ракетного двигуна твердого палива, а отже і всієї ракети, (не зменшуючи стійкості корпусу) при використанні згоряння композитного корпусу ракети-носія твердого палива. Показано переваги використання корпусу ракети-носія з композитного матеріалу над ракетою з металевим корпусом, а так само спробуємо довести, що при використанні підходів запропонованих в даній статті, можна вирішити комплексну задачу, пов'язану не тільки з енергетичними і масовими характеристиками ракети-носія, а й супутні завдання - конструкторські та екологічні.The paper considers mass estimation of the one-stage launch vehicle with solid propulsion systems built of composite material, namely the calculation of the weight coefficient. The reduction of weight perfection rate is caused by the application of the innovative design and layout solutions, as well as the use of composite materials. We suggest considering of the specific strength of "kevlar" composite material as the most widely used composite material in rocket engineering. At present, the great potential of rocket and aircraft engineering is attributed to the composite materials owing to their attractive mechanical properties. The paper provides examples of the launch vehicles of composite materials, which are currently in operation used in the following countries: USA, France. The paper suggests a solution to the problem of launching of the payload into the orbit on the one-stage launch vehicle with solid propulsion systems, while it is only the two-stage launch vehicle with liquid propulsion systems that is able to manage it. This paper suggests comparing the energetic capacities of the one-stage launch vehicle with solid propulsion systems and two-stage metal launch vehicle with liquid propellant system. The paper also considers a possibility of increasing the length of the combustion chamber of the solid propulsion system, and, therefore, of the whole launch vehicle (without reducing the stability of the airframe), when using the combustible composite case of the launch vehicle with solid propulsion systems. The advantages of using the airframe of the launch vehicle built of composite material are theoretically demonstrated, and the attempt is made to prove that, applying the approaches suggested by this paper, enables addressing the complex problem related not only to energy and mass properties of the launch vehicle, but also to the associated problems - design and ecological ones.В статье рассматривается массовый расчет одноступенчатой твёрдотопливной ракеты-носителя из композитного материала, а именно расчет коэффициента весового совершенства. Уменьшение коэффициента весового совершенства связано с применением новых конструктивно-компоновочных решений, а также с использованием новых материалов. Предлагаем рассмотреть удельную прочность композитного материала «кевлар», как наиболее применяемого в ракетостроении композитного материала. В настоящее время большие перспективы в ракето- и самолетостроении связывают с композиционным материалам из-за их привлекательных механических характеристик. Приведены примеры компоненты конструкций ракет из композитного материала «кевлар», которые используются в настоящее время в странах: США, Франция. Предложено решение задачи по выведению полезного груза на низкую круговую орбиту одноступенчатой ракетой с ракетным двигателем твердого топлива из композитного материала, в то время, как с этой задачей может справиться только двух ступенчатая металлическая ракета с жидкостным ракетным двигателем. В данной статье предлагается сравнить энергетические возможности одноступенчатой твердотопливной композитной ракеты с двухступенчатой металлической ракетой с жидкостным ракетным двигателем. Рассмотрена возможность увеличения длинны камеры сгорания ракетного двигателя твердого топлива, а следовательно и всей ракеты, (не уменьшая устойчивости корпуса) при использовании сгораемого композитного корпуса ракеты-носителя твердого топлива. Показаны и другие преимущества использования корпуса ракеты-носителя из композитного материала, перед ракетой с металлическим корпусом, а так же попытка доказать, что при использовании подходов предложенных в данной статье, можно решить комплексную задачу связанную не только с энергетическими и массовыми характеристиками ракеты-носителя, но и сопутствующие задачи – конструкторские и экологически
ХОЛЛОВСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ ST-25 С ПОСТОЯННЫМ МАГНИТОМ
Get PDFResults of development and experimental tests of Hall-effect Thruster ST-25 are presented. This thruster is intended for application on small space vehicles. With the purpose of decrease of input electric power in the magnetic system of the thruster a permanent magnet is applied. The permanent magnet is located at the base of the central magnetic core. The permanent magnet provides most of the magnetic induction in the accelerating channel of the thruster, while the side magnets provide precise magnetic field adjustment. Laboratory testing of the ST-25 thruster were realized with application of the preheated hollow cathode which is operated in auto mode at the discharge current 0.5 … 0.9 A. In the process of developing the thruster, its laboratory tests were carried out with a laboratory prototype of the Xenon system for storing and supplying a working substance. The laboratory supply system provided the supply of the working gas to the anode unit 0.65 ... 0.90 mg /s and 0.07 ... 0.10 mg / s to the hollow cathode. The characteristics and parameters of the thruster were obtained using a discharge power supply that has the properties of a voltage source and a power source. The discharge power supply is the part of the flight prototype of the power processing unit. Laboratory tests have confirmed the rightness of the technical decisions stopped up in the structure of the thruster. Methodology of the thruster ST-25 start at the use of preheated cathode and flying prototype of the discharge power supply were improved. Possibility of application of such type of Hall Thrusters on space vehicles with the size of on-board electric power of that is limited to the size 200 - 300 W were confirmed.Наведено результати розробки та експериментальних випробувань Холловського двигуна ST-25, призначеного для використання на малих космічних апаратах. З метою зниження електричної потужності, що споживається, в магнітній системи двигуна використаний постійний магніт. Постійний магніт розташований біля основи центрального магнітопроводу. Постійний магніт забезпечує більшу частину індукції магнітного поля в прискорюючому каналі двигуна, а бокові магніти забезпечують точне регулювання магнітного поля. Лабораторні випробування двигуна проводились з накальним катодом, який працює в авторежимі при струмі розряду 0.5 … 0.9 А. В процесі відпрацювання двигуна його лабораторні випробування проводились з лабораторним прототипом ксенонової системи зберігання та подачі робочої речовини. Лабораторна система подачі забезпечила подачу робочої речовини (ксенону) в анодний блок 0.65 … 0.90 мг/с і 0.07 … 0.10 мг/с в полий катод. Характеристики та параметри двигуна отримані з використанням джерела електроживлення розряду, який иає властивості джерела напруги та джерела потужності. Джерело електроживлення розряду входить до складу льотного прототипу системи перетворення енергії. Результати лабораторних випробувань двигуна ST-25 підтвердили правильність технічних рішень, які було закладено в конструкцію двигуна. Була відпрацьована методика запуску двигуна ST-25 при використанні накального катоду та льотного прототипу джерел електроживлення. Підтверджена можливість використання такого типу Холловський двигунів на космічних апаратах, бортова електрична потужність яких обмежена величиною 200 – 300 Вт. Приведены результаты разработки и экспериментальных испытаний Холловского двигателя ST-25, предназначенного для применения на малых космических аппаратах. С целью снижения потребляемой двигателем электрической мощности в магнитной системе двигателя наряду с электромагнитом применен постоянный магнит. Постоянный магнит расположен у основания центрального магнитопровода. Постоянный магнит обеспечивает большую часть индукции магнитного поля в ускорительном канале двигателя, а боковые магниты обеспечивают точную регулировку магнитного поля. Лабораторные испытания двигателя проводились с накальным катодом, который работает в авторежиме при токе разряда 0.5 … 0.9А. В процессе отработки двигателя его лабораторные испытания проводились с лабораторным прототипом ксеноновой системы хранения и подачи рабочего вещества. Лабораторная система подачи обеспечила подачу рабочего газа (ксенона) в анодный блок 0.65 … 0.90 мг\с и 0.07 … 0.10 мг\с в полый катод. Характеристики и параметры двигателя получены при использовании источника электропитания разряда, обладающего свойствами источника напряжения и источника мощности. Источник электропитания разряда входит в состав летного прототипа системы преобразования энергии. Результаты лабораторных испытаний двигателя ST-25 подтвердили правильность технических решений, заложенных в конструкцию двигателя. Была отработана методика запуска двигателя ST-25 при использовании накального катода и летного прототипа источников электропитания. Подтверждена возможность применения такого типа Холловских двигателей на космических аппаратах, бортовая электрическая мощность которых ограничена величиной 200 – 300 Вт
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ СВАРКИ НА РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОКАТОДОВ
Get PDFВ роботі розглянуті матеріали для виготовлення термокатоду на основі гексабориду лантану і ніобію. Гексаборид лантану має високі емісійні властивості, тому знаходить використання у багатьох областях техніки для виготовлення катодів прямого і непрямого підігріву Проведені порівняння величин енергії активації процесів взаємодії металів з бором під час дифузійного зварювання у вакуумі, та оцінка ефективністі дифузійного захисту поверхні взаємодії за рахунок використання проміжного шару. На основі даних обрано матеріал в якості проміжного шару – титан. Проаналізовано діаграму стану лантан-бор за оптимальних температур зварювання. Обрано температуру зварювання 1473 К, яка сприяє інтенсифікації дифузійного процесу. Проведено дослідження дифузійної взаємодії шарових композицій з гексабориду лантану, ніобієвої підкладки та бар’єрного шару з титану. Досліджено вплив параметрів зварювання на протяжність фазових шарів та якість термокатоду для іонних двигунів малого тяжіння. Встановлено, що зв'язок між розвитком дифузійних прошарків і якістю зварного з’єднання за допомогою мікро структурних методів аналізу не дає достовірних результатів. Вимірювання мікротвердості дозволяє приблизно визначити загальну ширину перехідного прошарку. Якісний мікрорентгеноспектральний аналіз дозволив за ознаками рефлексів визначити протяжність кожного фазового прошарку на концентраційній кривій сканування. Таким чином методологія використаних фізичних методів дослідження дозволила визначити надійність наукового обґрунтування розробленого технологічного процесу виготовлення зварюваних конструкцій і оцінку їх працездатності в умовах експлуатації. Визначені загальні вимоги до матеріалів термокатоду: метали повинні мати прості діаграми стану; система зварюваємих металів повинна мати не менше 2 термостійких інтерметалідів; сиcтема повинна утворювати суттєві області твердих розчинів. Встановлено механізм утворення дифузійного з’єднання гексабориду лантану з титаном за рахунок дифузії бору у титан, із запобіганням рекристалізаційного зростання зерен у титановому прошарку і утворення боридів титану, які забезпечують підвищення термостійкості з’єднання. Використання наведеної схеми дослідження і оцінка зв’язку фазоутворення якістю зварюваних з’єднань на основі гексабориду лантану дає можливість ефективного вибору матеріалу ппроміжних прошарків і режимів зварювання для отримання катодних пристроїв.The paper considers materials for the manufacture of a hot cathode based on lanthanum and niobium hexaboride. Lanthanum hexaboride has high emission properties; therefore, it is used in many fields of technology for the manufacture of cathodes for direct and indirect heating. Comparisons of the activation energies of the processes of interaction of metals with boron during diffusion welding in vacuum, and the assessment of the efficiency of diffusion protection of the interaction surface due to the use of an intermediate layer are carried out. Based on the data, titanium was selected as an intermediate layer. Analysis of the state diagram of lanthanum-boron made it possible to determine the optimal welding temperature. The selected welding temperature is 1473 K, which promotes the intensification of the diffusion process. The diffusion interaction of layered compositions of lanthanum hexaboride, a niobium substrate, and a titanium barrier layer has been studied. The influence of the welding parameters on the length of the phase layers and the quality of the hot cathode for low-thrust ion engines is investigated. It has been established that the relationship between the development of diffusion layers and the quality of the welded joint using microstructural methods of analysis does not give reliable results. The microhardness measurement provides an approximate estimate of the total width of the transition layer. Qualitative micro-X-ray spectral analysis made it possible to graphically determine the length of each phase layer on the concentration scanning curve. Thus, the methodology of using physical research methods made it possible to determine the reliability of the scientific substantiation of the developed technological process for manufacturing welded structures and to assess their performance under operating conditions. The general requirements for the material of the hot cathode are determined: metals must have simple state diagrams; the system of metals to be welded must have at least two heat-resistant intermetallics; the system should form significant areas of solid solutions. The mechanism of formation of a diffusion compound of lanthanum hexaboride with titanium due to boron diffusion into titanium, in order to avoid recrystallization grain growth in the titanium interlayer and the formation of titanium borides, which provide an increase in the thermal stability of the compound, has been established. The use of the above research scheme and assessment of the relationship between phase formation and the quality of welded joints based on lanthanum hexaboride makes it possible to effectively select the material of the intermediate layers and welding modes for obtaining cathode devices.В работе рассмотрены материилы для изготовления термокатода на основе гексаборида лантана и ниобия. Гексаборид лантана имеет высокие эмиссионные свойства, поэтому применяется во многих областях техники для изготовления катодов прямого и косвенного подогревов. Проведены сравнения величин энергии активации процессов взаимодействия металлов с бором во время диффузионной сварки в вакууме, и оценка эффективности диффузионной защиты поверхности взаимодействия за счет применения промежуточного слоя. На основе данных выбран материал в качестве промежуточного слоя – титан. Анализ диаграммы состояния лантан-бор позволил определить оптимальную температуру сварки. Выбрана температура сварки 1473 К, которая способствует интенсификации диффузионного процесса. Проведены исследования диффузионного взаимодействия слоистых композиций из гексаборида лантана, ниобиевой подложки и барьерного слоя из титана. Исследовано влияние параметров сварки на протяженность фазовых слоев и качество термокатода для ионных двигателей малой тяги. Установлено, что взаимосвязь между развитием диффузионных слоев и качеством сварного соединения с помощью микроструктурных методов анализа не дает достоверных результатов. Измерение микротвердости позволяет приблизительно определить общую ширину переходного слоя. Качественный микрорентгеномпектральный анализ позволил по графическим признакам определить протяженность каждого фазового слоя на концентрационной кривой сканирования. Таким образом методология использования физических методов исследования позволила определить надежность научного обоснования разработанного технологического процесса изготовления сварных конструкций и оценку их работоспособности в условиях эксплуатации. Определены общие требования к материалу термокатода: металлы должны иметь простые диаграммы состояния; система свариваемых металлов должна иметь не меньше двух термостойких интерметаллидов; система должна образовывать значительные области твердых ьрастворов. Установлен механизм образования диффузионного соединения гексаборида лантана с титаном за счет диффузии бора в титан, во избежание рекристаллизационного роста зерен в титановой прослойке и образования боридов титана, которые обеспечивают повышение термостойкости соединения. Использование приведенной схемы исследования и оценка связи фазообразования с качеством сварных соединений на основе гексаборида лантана дает возможность эффективного выбора материала промежуточных слоев и режимов сварки для получения катодных устройств
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА БЛАСТИНГА ПРИ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКЕ ЗАКРЫТЫХ ЛОПАТОК МОНОКОЛЕС ТУРБИН, ИЗГОТОВЛЕННЫХ АДДИТИВНЫМ МЕТОДОМ ПО ТЕХНОЛОГИИ SLM
Get PDFВпровадження тривимірного друку - важливий етап у розвитку ракетно-космічної галузі. Адитивне виробництво розглядається, як альтернатива традиційним методам обробки таким як фрезерування, штампування і лиття. Результати даної роботи були отримані експериментально та можуть бути використані у розробці реальних технологічних процесів на підприємстві. Адитивні технології дозволяють спростити та прискорити процес виготовлення, однак актуальною залишається проблема забезпечення необхідної якості та шорсткості оброблюваної поверхні лопаток. Причиною цьому є ускладнений, а в деяких випадках – неможливий доступ традиційного різального інструменту, наприклад, кінцевих або сферичних фрез. У даній статті наведені результати науково-аналітичної та експериментальної роботи, головними завданням якої була оцінка можливостей та перспектив використання існуючих методів чистової обробки моноколіс закритого типу, виготовлених методом 3D-друку за технологією SLM (Selective Laser Melting– селективне лазерне плавлення.) У ході роботи вирішувалося питання про можливість застосування методу бластінг для отримання необхідної якості поверхонь та форми робочого профілю лопаток.Об’єктом дослідження є обробка поверхні робочого колеса турбінизакритого типу (з бандажем). Даний тип конструкції є найбільш раціональним з точки зору конструктивної міцності, технологічності газодинамічних характеристик та володіє вищим рівнем ККД в порівнянні з турбінами відкритого типу. Дана робота є актуальним завданням для пошуку перспективних та альтернативних методів обробки поверхонь лопаток закритих турбін отриманих адитивним методом.The introduction of three-dimensional printing is an important stage in the development of the rocket and space industry. Additive production is considered as an alternative to traditional processing methods such as milling, stamping and casting. The results of this work were obtained experimentally and can be used in the development of real technological processes in the enterprise. Additive technologies allow to simplify and speed up the manufacturing process, but the problem of ensuring the required quality and roughness of the treated surface of the blades remains relevant. The reason for this is the difficult, and in some cases impossible, access to traditional cutting tools, such as end or spherical cutters. This article presents the results of scientific-analytical and experimental work, the main task of which was to assess the possibilities and prospects of using existing methods of finishing closed-type monocycles made by 3D-printing using SLM technology (Selective Laser Melting).The question of the possibility of using the blasting method to obtain the required surface quality and shape of the working profile of the blades was addressed. The object of the study is the surface treatment of the impeller of a closed type turbine (with a bandage). This type of construction is the most rational in terms of structural strength, manufacturability of gas-dynamic characteristics and has a higher level of efficiency compared to open-type turbines. This work is an urgent task for finding promising and alternative methods of surface treatment of closed turbine blades obtained by the additive method.Внедрение трехмерной печати - важный этап в развитии ракетно-космической отрасли. Аддитивное производство рассматривается как альтернатива традиционным методам обработки, таким как фрезеровка, штамповка и литье. Результаты данной работы были получены экспериментально и могут быть использованы в разработке реальных технологических процессов на предприятии. Аддитивные технологии позволяют упростить и ускорить процесс изготовления, однако актуальной остается проблема обеспечения необходимого качества и шероховатости обрабатываемой поверхности лопаток. Причиной этому является осложненный, а в некоторых случаях– невозможный доступ традиционного инструмента, например, конечных или сферических фрез. В данной статье приведены результаты научно-аналитической и экспериментальной работы, главной задачей которой была оценка возможностей и перспектив использования существующих методов чистовой обработки моноколес закрытого типа, изготовленных методом 3D-печати по технологии SLM (Selective Laser Melting - селективное лазерное плавление). В ходе работы решался вопрос о возможности применения такого метода какбластинг для получения требуемого качества поверхностей и формы рабочего профиля лопаток. Объектом исследования является обработка рабочего колесатурбинызакрытого типа (с бандажом). Данный тип конструкции является наиболее рациональным с точки зрения конструктивной прочности, технологичности газодинамических характеристик и обладает высоким уровнем КПД по сравнению с турбинами открытого типа. Данная работа является актуальной задачей для поиска перспективных и альтернативных методов обработки поверхностей лопаток закрытых турбин полученных аддитивным методом
ПРЕИМУЩЕСТВА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ГЕНЕРАТОРНОГО НАДДУВА БАКОВ СО СЖИЖЕННЫМ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ
Get PDFСистеми наддування паливних баків є одними з найважливіших і наукомістких частин рушійної установки, конструкція якої істотно впливає на масову досконалість ракети, склад стартового комплексу і обсяг її експериментального відпрацювання. Застосування в ній компонентів палива «рідкий кисень – зріджений природний газ» є перспективним, у зв’язку з більш низькою вартістю природнього газу в порівнянні з гасом, підвищеної теплотворною здатністю та інших переваг, що дозволяють знизити вартість запуску ракети-носія. Однак при розробці систем подачі зрідженого природнього газу рушійної установки в даний час (наприклад, в ракеті-носії «Starship») не передбачено використання високотемпературних генераторних систем наддування баків, що зарекомендували себе конструктивною простотою, надійністю та мінімальною масою. Застосування цих систем в ряді ракет дозволило істотно спростити процес проектування рушійних установок, і підвищити енергетичні характеристики ракет в цілому. У той же час, випарна система наддування, що застосовується в ракеті-носії «Starship», відома низкою недоліків, що істотно ускладнюють проектування рушійної установки та підвищують її масу. Проведено порівняльне дослідження генераторної і випарної системи наддування баків зі зрідженим природним газом, розглянуті їх конструктивні особливості та вплив на трудомісткість створення рухової установки. Оцінено склад продуктів згоряння, вибрано оптимальний режим роботи генератора наддування. За допомогою апробованої методики розрахунку визначено основні характеристики розглянутих систем, їх спільне порівняння підтверджує вагому перевагу генераторної системи наддування баків зі зрідженим природним газом, в частині підвищення енергетичних характеристик ракети в цілому.Propellant tank pressurization systems are one of the most important and science-intensive parts of the propulsion system, the design of which significantly affects the LV mass perfection, the launch complex composition and the scope of its experimental development. The use of LOX-LNG propellants is promising due to the lower cost of LNG compared to kerosene, increased calorific value and other advantages that make it possible to reduce the cost of LV launch. However, in case of developing systems for supplying LNG for propulsion systems, at present (“Starship” launch vehicle, for example), it is not envisaged to use high-temperature generator systems for pressurizing tanks, which have structural simplicity, reliability and minimum weight. The use of these systems in a number of LVs made it possible to significantly simplify the designing propulsion systems, and to improve the energy characteristics of rockets in general. At the same time, the evaporative pressurization system used in Starship LV is known for a number of drawbacks, which significantly complicate the design of the propulsion system and increase its mass. A comparative study of the generator and evaporative systems for LNG tanks pressurization is shown, and their design features and the impact on the labor intensity of creating a propulsion system are considered. The composition of the combustion products was evaluated and the optimal operating mode of the generator was selected. Using a proven calculation method, the main characteristics of the considered pressurization systems were determined, their joint comparison confirms the significant advantage of high-temperature generator pressurization of LNG tanks, in terms of increasing the energy characteristics of the LV.Системы наддува топливных баков являются одними из важнейших и наукоёмких частей двигательной установки, конструкция которой существенно влияет на массовое совершенство ракеты, устройство стартового комплекса и объём её экспериментальной отработки. Применение в ней компонентов топлива «жидкий кислород – сжиженный природный газ» является перспективным, в связи с более низкой стоимостью природного газа по сравнению с керосином, повышенной теплотворной способностью и других преимуществ, позволяющих снизить стоимость запуска ракеты-носителя. Однако при разработке систем подачи сжиженного природного газа для двигательных установок в настоящее время (к примеру, в ракеты-носителя «Starship») не предусматривается использование высокотемпературных генераторных систем наддува баков, обладающих конструктивной простотой, надёжностью и минимальной массой. Применение данных систем в ряде ракет позволило существенно упростить процесс проектирования двигательных установок, и повысить энергетические характеристики ракет в целом. В то же время, применяемая в ракеты-носителе «Starship» испарительная система наддува известна рядом недостатков, существенно усложняющих проектирование двигательной установки и утяжеляющих её. Таким образом, в статье проведено сравнительное исследование генераторной и испарительной системы наддува баков со сжиженным природным газом, рассмотрены их конструктивные особенности и влияние на трудоёмкость создания двигательной установки. Оценён состав продуктов сгорания, выбран оптимальный режим работы генератора. С помощью апробированной методики расчёта определены основные характеристики рассматриваемых систем, их совместное сравнение подтверждает весомое преимущество высокотемпературного генераторного наддува баков со сжиженным природным газом, в части повышения энергетических характеристик ракеты в целом
ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КЛАСТЕР ДЛЯ СПУТНИКОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
Get PDFRecently, there has been a tendency to complicate real time control algorithms, to process a large amount of information from the satellite payload (optical, radar, communication systems) directly on board and to create highly informative communication lines with both ground stations and other satellites. The conditions of outer space (vacuum, radiation) impose significant restrictions on the computing capabilities of onboard equipment, which is used as an onboard digital computer complex, and lead to a significant increasing in the cost of space components. A high-performance and relatively cheap computing cluster structure of an on-board computer based on widely available single-board minicomputers is proposed, which allows distributing the computing load among several nodes and simultaneously backing up the system. As a component of a computing cluster, it is proposed to use a computing cluster system based on COTS (Commercial off-the-shelf) components, which increases performance by several orders while reducing cost. Calculations have shown that the introduction of redundancy and distribution of computational tasks makes it possible to achieve an MTBF of about 3 years, which is quite enough for the active existence of university satellites. The proposed structure of the onboard computer complex is installed on the university satellite for remote sensing of the Earth in the visible range with controlled optical magnification, after the launch of which it is planned to confirm the reliability of the results obtained in this work. An assessment of the performance and reliability of such a cluster system is given, which has shown the possibility of implementing such a system on a university satellite for Earth remote sensing.Останнім часом є тенденція до ускладнення алгоритмів управління в реальному часі, обробці великого обсягу інформації отриманого з корисного навантаження супутника (оптичної, радіолокаційної, систем комунікацій) безпосередньо на борту і створенні високоінформативних ліній зв'язку як з наземними станціями, так і з іншими супутниками. Умови космічного простору (вакуум, радіація) накладають суттєві обмеження на обчислювальні можливості бортової апаратури, в якості якої використовують бортовий цифровий обчислювальний комплекс і призводять до істотного удорожчання компонент космічного призначення. Пропонується високопродуктивна і відносно дешева обчислювальна кластерна структура бортового комп'ютера на основі широко доступних одноплатних міні-комп’ютерів, яка дозволяє розподіляти обчислювальне навантаження між декількома вузлами і одночасно резервувати систему. Як компонент обчислювального кластера пропонується використовувати обчислювальну кластерну систему на базі COTS (Commercial off-the-shelf) компонентів, що на кілька порядків підвищує продуктивність при одночасному зниженні вартості. Розрахунки показали, що введення резервування і розподілу обчислювальних задач дозволяє досягти середнього напрацювання на відмову близько 3 років, що цілком достатньо для активного існування університетських супутників. Пропонована структура бортового обчислювального комплексу встановлюється на університетському супутнику дистанційного зондування Землі у видимому діапазоні з керованим оптичним збільшенням, після запуску якого планується підтвердити достовірність отриманих в даній роботі результатів. Наведено оцінку продуктивності і надійності кластерної системи, яка показала можливості реалізації такої системи на університетському супутнику дистанційного зондування Землі.В последнее время намечается тенденция к усложнению алгоритмов управления в реальном времени, обработке большого объема информации от полезной нагрузки спутника (оптической, радиолокационной, систем коммуникаций) непосредственно на борту и создании высокоинформативных линий связи как с наземными станциями, так и с другими спутниками. Условия космического пространства (вакуум, радиация) накладывают существенные ограничения на вычислительные возможности бортовой аппаратуры, в качестве которой используют бортовой цифровой вычислительный комплекс и приводят к существенному удорожанию компонент космического назначения. Предлагается высокопроизводительная и относительно дешевая вычислительная кластерная структура бортового компьютера на основе широко доступных одноплатных миникомпьютеров, которая позволяет распределять вычислительную нагрузку между несколькими узлами и одновременно резервировать систему. В качестве компонент вычислительного кластера предлагается использовать вычислительную кластерную систему на базе COTS (Commercial off-the-shelf), что на несколько порядков повышает производительность при одновременном снижении стоимости. Расчеты показали, что введения резервирования и распределения вычислительных задач позволяет достичь средней наработки на отказ около 3 лет, что вполне достаточно для активного существования университетских спутников. Предлагаемая структура бортового вычислительного комплекса устанавливается на университетском спутнике дистанционного зондирования Земли в видимом диапазоне с управляемым оптическим увеличением, после запуска которого планируется подтвердить достоверность полученных в данной работе результатов.Приведена оценка производительности и надежности такой кластерной системы, которая показала возможности реализации такой системы на университетском спутнике дистанционного зондирования Земли