Dieser Artikel basiert auf den Motiven und Anforderungen des folgenden Kommentars:
VerkleidungsjagdDerzeit liegt der Preis für Raketenverkleidungen bei 5 bis 7 Millionen Dollar. Viele Leute fragen: Warum ist es so teuer? Immerhin ist es nur ein Stück Metall zum Schutz. Dies ist nicht ganz richtig, es ist nicht nur ein Stück Metall, obwohl dieses Design zum Schutz der Nutzlast gemacht wurde.
Fangen wir klein an. Jedes Kilogramm Verkleidung reduziert das Nutzlastgewicht. Daher werden leichte Verbundwerkstoffe mit struktureller Verstärkung durch leichte Legierungen, üblicherweise Aluminiumlegierungen, verwendet. Das Design ähnelt einer Wabe (Isogrid). Das Gewicht der Falcon 9-Verkleidung mit einem Durchmesser von 5,2 Metern beträgt ca. 1,9 Tonnen.
Die Materialauswahl wird ebenfalls mit besonderer Sorgfalt angegangen, da die Verkleidung vor freiem Luftstrom, vor elektromagnetischer Strahlung, vor extremen Temperaturen, vor anderen Vibrationen und mechanischen Beanspruchungen der PN schützen sollte. Zum Beispiel passiert der Falcon Heavy die Schallmauer in einer Höhe von etwa 10 km und beschleunigt dann auf 7-8 Mach (2-3 km / s). In diesen Höhen ist die Luft immer noch ziemlich dicht und die Verkleidung erwärmt sich stark mit schneller Abkühlung in der oberen Atmosphäre. Temperaturschwankungen können in kurzer Zeit (ca. eine Minute) zwischen 100 ° C und -100 ° C liegen. Daher muss das Material gegen schnelle Temperaturänderungen beständig sein.
Betrachten Sie am Beispiel der Kopfverkleidung einer Rakete den Effekt der aerodynamischen Erwärmung darauf. Die Abbildung zeigt die Änderung des konvektiven Wärmeflusses in der Nase der Verkleidung, die auftritt, wenn der Gasfluss in der Nähe der stromlinienförmigen Oberfläche gehemmt wird.
Dieser Wärmefluss bewirkt eine Erwärmung der Oberfläche der Kopfverkleidung (GO). Die Temperaturverteilung auf der Oberfläche des GO ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, übersteigt die Temperatur des Buges des GO den zulässigen Betriebswert für Aluminiumlegierungen. Daher wird TZP auf der Außenfläche des nasalen Teils von GO aus Asboplasten oder Glasfaser auf ein Phenolbindemittel aufgetragen:
Das Bild der Temperaturverteilung gemäß dem Design des GO mit einem TZP des Bogens ist in der Abbildung dargestellt:
Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass sowohl im Gehäuse als auch im Längsleistungssatz (Stringer) die Betriebstemperatur während des Fluges innerhalb akzeptabler Grenzen liegt. Für ein Raumfahrzeug innerhalb des GO kann der Wärmefluss von der Verkleidungsstruktur jedoch nicht akzeptabel sein, wodurch eine Wärmeisolierung der erhitzten Struktur vom inneren Hohlraum des GO erforderlich ist.
Die Vorrichtung einer solchen Wärmedämmung (TI) ist in der Abbildung dargestellt:
Dies ist notwendig, um eine Temperatur von 10-30 ° C für das Raumfahrzeug unter der Verkleidung aufrechtzuerhalten.
Außerdem sollten die Verkleidungen belüftet werden können, damit während des Ausstiegs in den Weltraum der Druck im Inneren des Fachs ausgeglichen wird, damit die Verkleidung im Inneren nicht vorzeitig zerstört wird.
Eine weitere Komplikation besteht darin, dass sich die Verkleidungen ideal öffnen sollten, um die darunter liegenden Nutzlasten und Raketenstufen nicht mit einer Geschwindigkeit von etwa 3-4 km / s zu beschädigen. Das heißt, es sollte einen speziellen Mechanismus geben, um die Verkleidungen von den Nutzlasten zu trennen, ohne die Nutzlast und die darunter liegende Stufe zu beschädigen. Ein gutes Video des Space X-Vakuumverkleidungstests am Glenn Research Institute der NASA:
Für die Durchführung der Öffnung der Verkleidung und für die Trennung der Stufen als Ganzes gibt es ein Trennsystem.
Das Trennsystem (SR) dient dazu, die Flugbahn der Entfernung verbrauchter Stufen zu trennen und von ihr abzuziehen sowie Strukturelemente zu verwerfen, die ihren funktionalen Zweck erfüllt haben. Strukturelemente des SR vor der Betätigung müssen die Integrität der Auslegung des LV und die Wahrnehmung aller Lasten gewährleisten. Die Auslösung der SR-Elemente erfolgt sehr schnell, wodurch sich schnell freigesetzte Energiequellen (Sprengstoff, Druckspeicher, Federn usw.) an Bord befinden. Nach dem Betrieb der diskontinuierlichen Elemente entsteht eine komplexe Dynamik des Verwandten
Bewegung. Die Zusammensetzung des SR umfasst Einheiten, Komponenten und Mechanismen, die Folgendes bereitstellen:
- zuverlässige Verbindung trennbarer Teile und Aufbrechen von Kraftbindungen,
- Züchtung geteilter Teile.
Die erste Gruppe umfasst Pyro-Schlösser, pneumatische Pyro-Bolzen-Schlösser, mechanische Schlösser, Schalenelemente mit linearen Sprengladungen. Die Zucht erfolgt durch Drücker (Luft, Pyro, Feder), Düsen für Ladegase, Bremsen von Feststoffraketenmotoren und Motorschub.
Pirobolt-Trennsystem:
Linear detonierendes Projektil:
CP-Standort für die Verkleidung der Great Wall Industry Corporation in China:
Eine zusätzliche Komplikation ist die Größe der Verkleidungen. Es ist ungefähr 15 Meter mal 5 Meter. Es kann leicht in einen Stadtbus passen. Für die Herstellung von Metallverkleidungen werden spezielle große CNC-Maschinen oder sehr große Autoklaven bei Verbundwerkstoffen verwendet. Diese Prozesse sind sehr ressourcenintensiv und nehmen viel Zeit in Anspruch. Boeing Autoklav:
Nun, Sie dürfen nicht vergessen, dass die Verkleidung nach dem Zusammenbau einen ernsthaften Test bestehen muss, da das Überleben des PN während des Startvorgangs davon abhängt. Es sei daran erinnert, dass wie bei Defekten mit einer Rakete ein Defekt in der Verkleidung nach dem Start der Rakete zum Verlust von PN und Missionsversagen führt, wenn es unmöglich ist, den Start abzubrechen.
Ein Mann auf dem Hintergrund einer Verkleidung, um Größen zu vergleichen:
Verkleidungsdiagramm:
Manchmal sind beim Starten dünner Werkzeuge Verkleidungen erforderlich, um eine Reinraumatmosphäre im Fach zu schaffen und aufrechtzuerhalten. Dies bringt zusätzliche Schwierigkeiten bei der Gestaltung von Verkleidungen mit sich und trägt zu einer Preiserhöhung bei.
UpdateZusätzliche Informationen hinzugefügt.