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Carenagem CaçaNo momento, o preço das carenagens dos foguetes é de cerca de 5 a 7 milhões de dólares. Muitas pessoas perguntam: por que é tão caro? Afinal, é apenas um pedaço de metal para proteção. Isso não é inteiramente verdade, não é apenas um pedaço de metal, embora esse design tenha sido feito para proteger a carga útil.
Vamos começar pequenos. Cada quilograma de carenagens reduz o peso da carga útil. Portanto, compósitos leves são usados com reforço estrutural por ligas leves, geralmente ligas de alumínio. O design se assemelha a um favo de mel (isogrelha). O peso da carenagem Falcon 9 com um diâmetro de 5,2 metros é de cerca de 1,9 toneladas.
A escolha do material também é abordada com cuidado especial, porque a carenagem deve proteger contra o fluxo de ar livre, contra radiação EMI, mudanças de temperatura, outras vibrações e tensões mecânicas na PN. Por exemplo, o Falcon Heavy passa a barreira do som a uma altitude de cerca de 10 km e depois acelera para 7-8 Mach (2-3 km / s). Nessas altitudes, o ar ainda é bastante denso e a carenagem sofre forte aquecimento com rápido resfriamento na atmosfera superior. As flutuações de temperatura podem variar de 100 ° C a -100 ° C em um curto período de tempo (cerca de um minuto). Portanto, o material deve ser resistente a mudanças rápidas de temperatura.
Usando a carenagem da cabeça de um foguete como exemplo, considere o efeito do aquecimento aerodinâmico nele. A figura mostra a mudança no fluxo de calor convectivo no nariz da carenagem que ocorre quando o fluxo de gás é inibido perto da superfície aerodinâmica.
Esse fluxo de calor causa o aquecimento da superfície da carenagem da cabeça (GO). A distribuição de temperatura na superfície do GO é mostrada na figura a seguir.
Como pode ser visto na figura, a temperatura do arco do GO excede o valor operacional permitido para as ligas de alumínio. Portanto, na superfície externa da parte nasal do GO, a TZP é aplicada a partir de asboplásticos ou fibra de vidro em um ligante fenólico:
A imagem da distribuição de temperatura de acordo com o design do GO, que tem um TZP do arco, é mostrada na figura:
Pode-se observar pela figura que, tanto no invólucro quanto no conjunto de potência longitudinal (longarinas), a temperatura de operação durante o vôo está dentro de limites aceitáveis. No entanto, para uma espaçonave dentro do GO, o fluxo de calor da estrutura da carenagem pode ser inaceitável, como resultado do qual é necessário o isolamento térmico da estrutura aquecida da cavidade interna do GO.
O dispositivo desse isolamento térmico (TI) é mostrado na figura:
Isso é necessário para manter uma temperatura de 10 a 30 ° C para a espaçonave sob a carenagem.
Além disso, as carenagens devem poder ventilar, para que, durante o processo de saída para o espaço, equalize a pressão dentro do compartimento, para que a carenagem não destrua prematuramente o interior.
Outra complicação é que as carenagens devem abrir idealmente para não danificar as cargas e os estágios dos mísseis abaixo delas a uma velocidade de cerca de 3-4 km / s, ou seja, deve haver um mecanismo especial para separar as carenagens das cargas, sem danificar a carga útil e a etapa sob ela. Um bom vídeo do Space X Vacuum Fairing Test no Glenn Research Institute da NASA:
Para a implementação da abertura da carenagem e para a separação das etapas como um todo, existe um sistema de separação.
O sistema de separação (SR) é projetado para separar e afastar-se da trajetória de remoção de estágios gastos, bem como para descartar elementos estruturais que cumpriram sua finalidade funcional. Os elementos estruturais do SR antes da atuação devem garantir a integridade do projeto do VE e a percepção de todas as cargas. O acionamento dos elementos SR é muito rápido, como resultado das fontes de energia liberada rapidamente (explosivo, acumuladores de pressão, molas, etc.) a bordo. Após a operação dos elementos descontínuos, uma dinâmica complexa do
movimento. A composição do SR inclui unidades, componentes e mecanismos, fornecendo:
- ligação fiável de peças separáveis e quebra de ligações eléctricas,
- criação de partes divididas.
O primeiro grupo inclui fechaduras piro, fechaduras pneumáticas de parafusos piro, fechaduras mecânicas, elementos de casca com cargas detonantes lineares. A criação é fornecida por empurradores (ar, piro, mola), bocais para gases de aumento, motores de foguete de propulsão sólido de freio, impulso do motor.
Sistema de separação de pirobolt:
Projétil de detonação linear:
Localização da CP na China Great Wall Industry Corporation Fairing:
Uma complicação adicional é o tamanho das carenagens. É aproximadamente 15 metros por 5 metros. Pode caber facilmente em um ônibus da cidade. Para a fabricação de carenagens de metal, são utilizadas máquinas CNC especiais grandes ou autoclaves muito grandes no caso de compósitos. Esses processos consomem muitos recursos e levam muito tempo. Autoclave da Boeing:
Bem, você não deve esquecer que, após a montagem, a carenagem deve passar por um teste sério, pois a sobrevivência do PN durante o processo de lançamento depende disso. Vale lembrar que, como no caso de defeitos com um míssil, um defeito na carenagem levará à perda de PN e falha na missão após o lançamento do foguete, quando é impossível cancelar o lançamento.
Um homem em um fundo de uma carenagem para comparar tamanhos:
Diagrama de carenagem:
Às vezes, ao iniciar ferramentas finas, são necessárias carenagens para criar e manter uma atmosfera de sala limpa dentro do compartimento. Isso impõe dificuldades adicionais no design das carenagens e contribui para um aumento no preço.
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