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Chasse au carénagePour le moment, le prix des carénages pour fusées est d'environ 5-7 millions de dollars. Beaucoup de gens demandent: pourquoi est-ce si cher? Après tout, ce n'est qu'un morceau de métal pour la protection. Ce n'est pas entièrement vrai, ce n'est pas seulement un morceau de métal, bien que cette conception soit faite pour protéger la charge utile.
Commençons petit. Chaque kilogramme de carénages réduit le poids de la charge utile. Par conséquent, les composites légers sont utilisés avec un renforcement structurel par des alliages légers, généralement des alliages d'aluminium. Le design ressemble à un nid d'abeille (isogrille). Le poids du carénage Falcon 9 d'un diamètre de 5,2 mètres est d'environ 1,9 tonne.
Le choix du matériau est également abordé avec un soin particulier, car le carénage doit protéger contre la libre circulation de l'air, des rayonnements EMI, des températures extrêmes, des autres vibrations et des contraintes mécaniques sur PN. Par exemple, le Falcon Heavy passe la barrière acoustique à une altitude d'environ 10 km, puis accélère à 7-8 Mach (2-3 km / s). A ces altitudes, l'air est encore assez dense et le carénage subit un fort échauffement avec un refroidissement rapide dans la haute atmosphère. Les fluctuations de température peuvent aller de 100 ° C à -100 ° C en peu de temps (environ une minute). Par conséquent, le matériau doit être résistant aux changements rapides de température.
En utilisant le carénage de tête d'une fusée à titre d'exemple, considérons l'effet du chauffage aérodynamique sur celle-ci. La figure montre la variation du flux de chaleur convectif dans le nez du carénage qui se produit lorsque le flux de gaz est inhibé près de la surface profilée.
Ce flux de chaleur provoque un échauffement de la surface du carénage de tête (GO). La répartition de la température à la surface du GO est illustrée dans la figure suivante.
Comme le montre la figure, la température de la proue du GO dépasse la valeur de fonctionnement autorisée pour les alliages d'aluminium. Par conséquent, sur la surface extérieure de la partie nasale de GO, le TZP est appliqué à partir d'asboplastiques ou de fibre de verre sur un liant phénolique:
L'image de la distribution de la température selon la conception du GO, qui a un TZP de l'arc est montrée dans la figure:
On peut voir sur la figure que tant dans le boîtier que dans le jeu de puissance longitudinal (limons), la température de fonctionnement pendant le vol est dans des limites acceptables. Cependant, pour un vaisseau spatial à l'intérieur du GO, le flux de chaleur de la structure de carénage peut être inacceptable, ce qui nécessite une isolation thermique de la structure chauffée de la cavité interne du GO.
Le dispositif d'une telle isolation thermique (TI) est illustré dans la figure:
Cela est nécessaire pour maintenir une température de 10-30 ° C pour le vaisseau spatial sous le carénage.
De plus, les carénages doivent être capables de ventiler, de sorte que pendant le processus de sortie dans l'espace, égaliser la pression à l'intérieur du compartiment afin que le carénage ne se détruise pas prématurément à l'intérieur.
Une autre complication est que les carénages devraient s'ouvrir idéalement afin de ne pas endommager les charges utiles et les étages de missiles en dessous d'eux à une vitesse d'environ 3-4 km / s, c'est-à-dire qu'il devrait y avoir un mécanisme spécial pour séparer les carénages des charges utiles sans endommager la charge utile et l'étape en dessous. Une bonne vidéo du test de carénage sous vide Space X au Glenn Research Institute de la NASA:
Pour la mise en œuvre de l'ouverture du carénage et pour la séparation des marches dans son ensemble, il existe un système de séparation.
Le système de séparation (SR) est conçu pour se séparer et se retirer de la trajectoire d'élimination des étages épuisés, ainsi que pour éliminer les éléments structurels qui ont rempli leur fonction. Les éléments structurels du SR avant actionnement doivent garantir l'intégrité de la conception du BT et la perception de toutes les charges. Le déclenchement des éléments SR est très rapide, ce qui permet de disposer de sources d'énergie rapidement libérées (explosifs, accumulateurs de pression, ressorts, etc.). Après le fonctionnement des éléments discontinus, une dynamique complexe de la relative
mouvement. La composition du SR comprend des unités, des composants et des mécanismes, fournissant:
- connexion fiable de pièces séparables et rupture des liaisons de puissance,
- élevage de parties divisées.
Le premier groupe comprend les verrous pyro, les verrous pyro boulons pneumatiques, les verrous mécaniques, les éléments de coque avec des charges détonantes linéaires. La reproduction est assurée par des poussoirs (air, pyro, ressort), des buses pour les gaz de suralimentation, des moteurs de fusée à propergol solide, la poussée du moteur.
Système de séparation Pirobolt:
Projectile détonant linéaire:
Emplacement du CP pour le carénage de la China Great Wall Industry Corporation:
Une complication supplémentaire est la taille des carénages. Elle mesure environ 15 mètres sur 5 mètres. Il peut facilement s'adapter à un bus de ville. Pour la fabrication de carénages métalliques, de grandes machines CNC spéciales ou de très grands autoclaves dans le cas des composites sont utilisés. Ces processus sont très gourmands en ressources et prennent beaucoup de temps. Autoclave Boeing:
Eh bien, il ne faut pas oublier qu'après le montage, le carénage doit passer un test sérieux, car la survie du PN pendant le processus de lancement en dépend. Il convient de rappeler que, comme dans le cas de défauts avec un missile, un défaut dans le carénage entraînera la perte de PN et l'échec de la mission après le lancement de la fusée, lorsqu'il est impossible d'annuler le lancement.
Un homme sur fond de carénage pour comparer les tailles:
Diagramme de carénage:
Parfois, lors du démarrage d'outils minces, des carénages sont nécessaires pour créer et maintenir une atmosphère de salle blanche à l'intérieur du compartiment. Cela impose des difficultés supplémentaires dans la conception des carénages et contribue à une augmentation de prix.
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