Введение к работе
Актуальность темы. В ряде разрабатываемых и осуществляемых проектов космических конструкций (космических платформ, долго -временных орбитальных станций, операционных центров и др.) соединение отдельных модулей или блоков осуществляют с помощью ферм, собираемых из трубчатых элементов и фитингов. Протяженность ферм измеряется десятками и сотнями метров. Обычно элементы ферм из -готавливают на Земле и доставляют в компактном виде на орбиту. Для соединения элементов ферм в условиях космоса в большинстве случаев используются неразъемные соединения, отличающиеся от разъемных меньшей массой и трудоемкостью.
Применение на орбите традиционных процессов выполнения неразъемных соединений (сварки, пайки, склеивания и др.) осложняется трудностью подготовки соединяемых кромок, невысокими механи -ческими характеристиками соединений, большой массой оснащения и высокой трудоемкостью.
Анализ литературных источников, а также проведение постановочных экспериментов показали перспективность использования для соединения трубчатых элементов ферм в условиях космоса муфт из материала с эффектом памяти формы (МЭГШ. В процессе выполнения соединения в муфту свободно вводятся концевые части трубчатых элементов, после чего муфту нагревают до температуры фазовых превращений, в результате чего муфта уменьшает свой диаметр и плотно обжимает соединяемые стержни (трубы).
В настоящее время ЮШ за рубежом и в небольшим объеме в нашей стране с успехом применяются для соединения трубопроводов. При этом используют муфты из МЗШ> с температурой фазовых превращений -19бС. Охлаждение муфт перед постановкой осуществляют в жидком азоте. Естественно, применение жидкого азота в космосе нереально. Поэтому для сборки ферм на орбите предлагается использовать ЮПФ со значительно более высокой температурой фазовых превращений: +90 і +І50С. В этом случае для срабатывания муфты ее нужно нагреть до указанного диапазона температур.
Для обеспечения качественного соединения необходимо выбрать наиболее рациональный способ нагрева, разработать математическую модель и оптимальные режимы процесса нагрева, а также создать соответствующую нагревательную установку. Актуальность работы опре-
деляется необходимостью создания и практического" использования способа соединения элементов ферм с помощью муфт из высокотемпературного ШПФ, выгодно отличающегося от традиционных способов высокой прочностью и надежностью соединений, малой массой оснастки и относительно невысокой трудоемкостью выполнения в условиях космоса.
Работа выполнена в соответствии с темой 23200 по заданию НПО "Энергия".
Целью работы является определение научно обоснованных режимов технологического процесса, а также параметров и конструкции технологического оснащения для выполнения соединений ферменных конструкций с использованием муфт из МЭЩ и радиационного нагрева.
Конкретными задачами диссертационной работы являются:
-
определение оптимальных режимов нагрева муфт из МЗЩ , обеспечивающих заданную прочность соединения при минимальной массе муфты;
-
разработка методики расчета процесса радиационного наг -рева в установках с неохлаждаемыми рефлекторами для условий космоса;
-
разработка методики определения параметров нагреватель -ных установок для заданных условий нагрева;
-
разработка конструкции, изготовление и практическое внедрение радиационной установки;
-
отработка технологического процесса сборки фермы в условиях, близких к космическим.
Научная новизна. Установлена и исследована зависимость степени возврата формы и развиваемых усилий МЭПФ от скорости нагрева, что позволило определить оптимальные режимы нагрева.
Разработана методика расчета процесса нагрева в установках кольцевого типа для случая, когда источник тепла расположен-между двумя теплотехническими толстыми цилиндрическими телами - муф той из МЭЩ и неохлаждаемым рефлектором.
Разработана методика расчета параметров кольцевых радиацион ных нагревательных установок для заданных режимов нагрева.
Практическая значимость работы. Выполненная работа позволяет реализовать сборку в условиях космоса ферменных конструкций прогрессивным способом с использованием муфт из МЭЩ, выгодно от
дичащихся от традиционных способов высокой надежностью, значи -тельно меньшей массой технологического оснащения и меньшей тру -доемкостью.
Внедрение результатов работы при сборке фермы в условиях космоса подтверждено актами внедрения.
Методика расчета процесса нагрева, а также конструкция нагревательного устройства могут быть эффективно использованы для сборки и ремонта ферм в земных условиях, а также для соединения трубопроводов в космических и земных условиях при монтаже и ремонте.
Публикации и апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Всесоюзных Гагаринских чтениях по авиации и космонавтике (1988, 1992 г.г.), на Всесоюзных Циолковских чтениях (1989 г.), на 15 Всесоюзном семинаре "Актуальные проблемы прочности" в г. Старая Руса (1991 г.), на научно-технической конференции профессорско-преподавательского и инженерно-технического состава (МГУСИ, 1993 г.).
По теме диссертации опубликовано 3 статьи, получено авторское свидетельство и положительное решение о выдаче патента.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения , пяти глав, общих выводов и четырех приложений, списка литературы, содержащего 125 наименований и актов внедрения. Общий объем ра -боты составляет 157 страниц машинописного текста, 3 таблиц и 39 рисунков.
