Kodėl suvirinta konstrukcija dominuoja erdvėlaivių skysčių linijose
Erdvėlaivių sistemų suvirintas vamzdis nėra{0}}sumažinta pramoninių vamzdynų versija. Kiekviena orbitinės platformos linija, nesvarbu, ar ji tiekia raketinį kurą, slėgį, aušinimo skystį ar pneumatinės įjungimo dujas, veikia kaip vieno-taško gedimas, kuris vis tiek turi veikti po paleidimo vibracijos, terminio vakuumo ciklo ir ilgametės eksploatacijos be priežiūros. Pirmenybė teikiama lydomosioms -suvirintoms jungtims, o ne flanšinėms arba srieginėms jungtims, nes suvirinimas pašalina mechaninį nuotėkio kelią, sutaupo flanšų ir tvirtinimo detalių masę ir gali išvystyti tvirtumą, artimą pagrindinio metalo stiprumui.
Valdymo vokas yra sunkus. Kvalifikuota aparatinė įranga skirta eksploatuoti maždaug -270 laipsnių kriogeninio kuro grandinėse iki 1 650 laipsnių karščiausiose variklio-gretimose ir-grįžimo zonose, o taip pat atitinka nulinės-gravitacijos skysčių tvarkymo reikalavimus, mikrometeoroidą ir atsparumą radiaciniam degalų ribojimui ir orbi tolerancija ilgalaikėms misijoms.
Vamzdžių ir jungčių konstrukcijos veikimo sąlygos
Kriogeninė paslauga:skysto vandenilio ir skysto deguonies grandinėms reikalingos medžiagos, kurios palaiko naudingą elastingumą beveik -253 laipsnių ir atsparios šiluminiam smūgiui atvėsus.
Padidinta temperatūra:traukos kameros aušinimo apvalkalai ir gretimos-įėjimo-aparatinės įrangos poreikis šliaužti ir atsparumas oksidacijai viršutiniame apvalkalo gale.
Vakuuminė aplinka:išoriniai paviršiai turi būti atsparūs šaltam suvirinimui vakuume, o vidinės medžiagos turi apriboti bendrą masės praradimą ir surenkamą lakią kondensuojamą medžiagą.
Paleisti apkrovas:atsitiktinės vibracijos, akustinio ir kvazistatinio pagreičio
Mikrogravitacijos skysčio elgsena:Kapiliarinis-dominuoja ir dviejų-fazių srautas keičia tai, kaip linijos nukreipiamos, išleidžiamos, užpildomos ir nusausinamos.
Mikrometeoroidas ir šiukšlės:atvirose vietose gali prireikti ekranavimo arba lokaliai pastorintų sienų, kur yra didžiausias pavojus, kad{0}}matymo linijos smūgis yra didžiausias.
Medžiagos pasirinkimas raketiniam kurui, slėgiui ir šiluminėms kilpoms
Pasirinkimas priklauso nuo skysčio, temperatūros juostos ir masės biudžeto. Austenitinis nerūdijantis plienas išlieka pagrindiniu skysčių eksploatavimo arkliu, titano lydiniai pašalina masę ten, kur leidžia standumas ir suderinamumas, nikelio -superlydiniai perima aukštą -stiprumą ir aukštą -temperatūrą, o specializuotose sistemose naudojami berilio lydiniai}, funkcionalus titano {4aliuministas} perėjimai.
| Medžiaga šeima | Tipiškas aptarnavimas | Pasirinkimo priežastis |
|---|---|---|
| Austenitinis nerūdijantis plienas 304L / 316L | Slėgio, hidraulinės ir bendrosios skysčių linijos | Geras kriogeninis lankstumas, suvirinamumas ir nuspėjamas tikrinimo atsakas |
| Titano lydinio Ti-6Al-4V (UNS R56400) | Aukšto{0}}slėgio dujų ir lengvos konstrukcijos linijos | Didelis specifinis stiprumas ir geras suderinamumas naudojant oksidatorių |
| Nikelio{0}}superlydinys 718 | Labai{0}}tvirtos jungiamosios detalės, silfonai ir karštos dalys | Išlaiko stiprumą ir atsparumą šliaužimui aukštesnėje temperatūroje |
| Berilio lydiniai | Standumo{0}}kritinės atramos ir instrumentų laikikliai | Labai didelis specifinis standumas esant mažam tankiui |
| Titano aliuminidas | Padidintos{0}}temperatūros turbinos-gretimos linijos | Atsparumas oksidacijai ir mažas tankis, kai plienas yra per sunkus |
| Anglies{0}}kompozitas | Iš naujo{0}}įveskite šiluminės apsaugos sąsajas | Išskirtinė temperatūros galimybė su mažu šiluminiu plėtimu |
| Funkciškai surūšiuotos jungtys | Skirtingi metalo ir keramikos{0}}į-metaliniai perėjimai | Tvarkykite šiluminio plėtimosi neatitikimą rūšiuotoje sąsajoje |
Suvirinimo procesai ir jungčių vientisumas
Vakuuminis{0}}kamerinis elektronų pluošto suvirinimas plačiai taikomas svarbioms jungtims, nes sukuria siaurą, gilų, mažo- iškraipymo siūlę su minimaliu atmosferos užteršimu ir gali būti vykdomas autogeniškai, be užpildo. Surinkimui ir taisymui naudojamas automatinis orbitinis vamzdžių suvirinimas su uždaros-kilpos lanko valdymu, o lazeriniai ir tikslūs TIG procesai apima storesnes dalis ir skirtingus metalo perėjimus. Procedūra ir operatoriaus kvalifikacija atliekama pagal aviacijos ir erdvės lydinio suvirinimo praktiką pagal specifikaciją, pvz., AWS D17.1, kartu su taikomais vamzdžių ir medžiagų standartais, įskaitant ASTM B338 titano vamzdžiams ir ASTM A269 / A249 šeimą austenitiniams suvirintam vamzdžiui.
Svarbiausios siūlių kokybės kontrolės priemonės yra švara prieš suvirinimą, patikrintos jungties pritaikymo- ir neatitikimo ribos, išvalytos apsauginės dujos abiejose šaknies pusėse, įrašyti suvirinimo parametrai kiekviename pravažiavime ir inertinių{1}}dujų pagrindas, užtikrinantis, kad vidinis rutulys būtų šviesus ir {{2}be oksidų. Suvirinimo briaunos geometrija valdoma siekiant apriboti įtempių koncentraciją plonose -sienos nuovargio{5}}kritinėse linijose, o suvirinimo žemėlapiai išsaugomi, kad būtų galima atsekti kiekvieną jungtį pagal jos procedūrą, operatorių ir patikrinimo įrašus.
Patikrinimas, nuotėkio tikrinimas ir kvalifikavimo seka
100% kritinių suvirinimo siūlių radiografinis arba kompiuterinis tomografinis patikrinimas, papildytas prieinamo išorinio rutulio dažų skvarbumo arba fluorescencinio skvarbumo tyrimu.
Vidinės suvirinimo briaunos matmenų ir boreskopinis patikrinimas, nes turbulencija ir įstrigusios dalelės yra nepriimtinos raketinio kuro linijose.
Slėgio patikrinimas, po kurio atliekamas kritinių tūrių nuotėkio helio masės spektrometru bandymas iki 1 × 10 nuotėkio-12atm·cc/sek.
Švaraus dalelių ir ne{0}}lakių likučių kiekio patikrinimas po surinkimo, įskaitant užbaigtų bandymų mėginių ėmimą tirpikliu.
Šiluminės vakuuminės kameros bandymai su saulės modeliavimu, misijos-profilio terminis ciklas, vibracija iki kvalifikacijos paleidimo apkrovų ir ilgalaikis-slėgių bandinių valkšnumo bandymas.
Medžiagos išmetamųjų dujų patikrinimas pagal ASTM E595 ribas, skirtas bendram masės praradimui ir surinktai lakiosioms kondensuojamoms medžiagoms.
Šiluminės kontrolės, integravimo ir priežiūros koncepcijos
Šilumos valdymo kilpose naudojami įterptieji vamzdeliai, šaltos plokštės ir radiatorių{0}}sujungtos grandinės, kad šiluma būtų pašalinta nuo aviacijos elektronikos ir baterijų. Kadangi erdvėlaivio negalima grąžinti į dirbtuves, projektuose yra perteklinės reikšmės grandinės, moduliniai orbitiniai pakaitiniai įrenginiai, kuriuos galima pakeisti naudojant robotus, robotų tikrinimo galimybė bakuose ir bagažinėse bei savaime{2}}gyjančių medžiagų sistemos mažos-rizikos aušinimo skysčio linijoms. Žemės{5}}pagrįsti skaitmeniniai dvyniai stebi slėgio, temperatūros ir masės srauto
Kalbant apie gamybą, dokumentais patvirtintas atsekamumas nuo šilumos skaičiaus iki baigtos surinkimo yra praktinis tiltas tarp projekto voko ir skrydžio priėmimo peržiūros. Tiekėjas, kontroliuojantis lydymą, vamzdžių formavimą, suvirinimą, terminį apdorojimą ir tikrinimą pagal vieną kokybės sistemą, sutrumpina tą grandinę ir sumažina riziką, kad -neatitinkanti jungtis pasieks paleidimo aikštę.
Dažnai užduodami klausimai
Kl .: Koks temperatūros diapazonas turi išlikti suvirintas erdvėlaivių sistemų vamzdis?
Konstrukcijos apima maždaug -270 laipsnių kriogeninio kuro grandinėse iki 1 650 laipsnių karščiausio variklio-gretimose ir grįžtamose zonose, o jungčių elgsena patikrinama atliekant terminį vakuuminį ciklą prieš priimant skrydį.
K: Kokios medžiagos naudojamos kosminių skysčių linijose?
Austenitinis nerūdijantis plienas ir titanas Ti-6Al-4V padengia daugumą skysčių ir dujų tiekimo, nikelio-superlydinys 718 naudojamas didelio-stiprumo karštoms pjūviams, o berilio lydiniai, titano aliuminidai ir anglies{7}sudėtinga anglies sudėtis.
Kl .: Kaip gaminamos erdvėlaivio vamzdžių suvirinimo siūlės?
Kritinės jungtys paprastai atliekamos suvirinant vakuuminiu{0}}kameriniu elektronpluoščiu arba automatiniu orbitiniu suvirinimu. Abu procesai leidžia sukurti autogenines, mažo{2}} iškraipymų jungtis, kurios vėliau yra visiškai nufotografuotos rentgenograma ir patikrinamas sandarumas.
K: Koks nuotėkio greitis reikalingas kosminei aparatūrai?
Kritiniai raketinio kuro ir slėgio tūriai tikrinami helio masės spektrometru, kai nuotėkio greitis yra 1 × 10-12atm·cc/sek po įtikinamojo slėgio bandymo.
K: Kaip kontroliuojamas dujų išmetimas?
Medžiagos tikrinamos pagal ASTM E595 ribas, kad būtų prarasta bendra masė, ir surenkama lakioji kondensacinė medžiaga, tada kepama ir valoma, kad kondensuojančios plėvelės nenusėstų ant optikos ar šiluminių paviršių.
Kl .: Kaip kvalifikuojamos šiluminės kontrolės linijos?
Kvalifikacija apima terminį vakuumo kameros poveikį, saulės modeliavimą, misijos-profilio terminį ciklą, vibraciją paleidimo apkrovos lygiui ir ilgalaikį-slėgių mėginių šliaužimo bandymą.
K: Kokios priežiūros koncepcijos taikomos orbitoje?
Perteklinis grandinės maršruto parinkimas, moduliniai orbitos pakeitimo įrenginiai, neprieinamų tūrių tikrinimas robotu, savaime{0}}gyjančios medžiagos ir įžemintos-skaitmeninės dvyniai, numatantys pablogėjimą pagal užregistruotą veikimo istoriją.
