Прогрессивные технологии производства космической техники из композиционных материалов

Язык труда и переводы:
УДК:
621.763
Дата публикации:
24 января 2023, 13:16
Категория:
Секция 19. Производство конструкций ракетно-космичeской техники
Аннотация:
Представлен обзор технологий, разработанных и запатентованных авторами, внедрение которых обеспечило совершенствование производственных процессов и выпуск новых образцов космической техники из композитных материалов. Отражены оригинальные технологии пропитки, склеивания, формования, намотки, контроля, основу которых составили разработанные математические модели процессов и результаты экспериментальных исследований, обогатившие новыми знаниями теорию создания композитных конструкций.
Ключевые слова:
полимерные композиты, баротермическое формование, термовакуумное склеивание, ортогональная намотка, многослойные конструкции, термостапель
Основной текст труда

Создание космической техники стимулирует разработку новых технологий производства конструкций из композиционных материалов, доля которых в космических аппаратах неуклонно возрастает.

Впервые в отечественной практике крупногабаритные створки обтекателей из конструкционного углепластика были изготовлены для посадочных устройств блока «А» ракеты носителя «Энергия». Основу производства составили новые технологии термовакуумного склеивания трехслойных сотовых конструкций и термокомпрессионного прессования эластичной формующей средой П-образных крупногабаритных профилей.

Термокомпрессионное прессование впервые обеспечило  впервые изготовление углепластикового высокоточного (с отклонением  не  выше 0,3 мм) параболического зеркала остронаправленной антенны, установленной на орбитальной станции «Мир», обеспечив непрерывную связь с экипажами при нахождении станции вне зоны радиовидимости с территории нашей страны. Полученные в процессе отработки знания позволили разработать технологию вакуумного формования крупногабаритных лепестков трансформируемой солнечной газотурбинной установки из углепластика длиной 4,5 м.

Уникальная развертываемая космическая антенна диаметром 12 м с отражающей параболической поверхностью изготовлена на базе оригинальных технологий формирования криволинейных поверхностей из вольфрамового сетеполотна на контрэталоне [1].

Предложенные технологии термовакуумного формования труб из гибридных композитов на основе арамидных и углеродных волокон обеспечили создание телескопических грузовых стрел для перемещения оборудования на внешних поверхностях орбитальных космических станций.

Созданные технологические основы снижения длительности и повышения безопасности изготовления тепловой защиты спускаемых  космических аппаратов [2] и методики выбора режимов баротермического формования теплозащитных покрытий [3], позволили  усовершенствовать технологии и обеспечили значительное (в 2,5 раза) годовое увеличение выпуска теплозащиты космических кораблей «Союз», обеспечив доставку на Международную космическую станцию и успешное возвращение на Землю российских и международных экипажей. Разработанные технологии и оборудование пропитки многослойных препрегов на основе математической модели многократной пропитки пористых тел [4–6] и баротермического формования теплозащитных покрытий в нейтральной газообразной среде [7, 8] повысили уровень физико-механических свойств и надежность тепловой защиты космических кораблей.

Разработанные и внедренные в производство технологии ортогональной намотки супертонких (толщина 0,25 мм) сетчатых листов из высокомодульной углеродной нити [9], термовакуумного склеивания трехслойных конструкций [10] в термостапеле с автоматизированной системой термообработки [11]. Предложенная методика измерения неплоскостности конструкций с математическим моделированием прилегания к теоретической плоскости [12] обеспечили выпуск панелей солнечных батарей. Для корпусных панелей, составляющих основу конструкции автоматических космических аппаратов связи и дистанционного зондирования Земли, была создана технология изготовления многослойных конструкций [13].

Принципиально новые подходы к созданию изделий из композиционных материалов позволили не только организовать эффективные производственные процессы, но и пополнить новыми знаниями теорию космического машиностроения [14, 15].

Литература
  1. Полухин Н.В. и др. Способ изготовления крупногабаритных развертываемых рефлекторов и устройство для формирования криволинейной поверхности рефлектора. Патент № 2276823 Российская Федерация, 2006, бюл. 19.
  2. Тарасов В.А., Комков М.А., Романенков В.А. Технологические основы снижения длительности цикла и повышения безопасности изготовления тепловой защиты спускаемых космических аппаратов. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2014, № 8, с. 35–43.
  3. Тарасов В.А., Комков М.А., Романенков В.А., Боярская Р.В. Методика выбора режимов баротермической обработки в автоклаве теплозащиты спускаемых космических аппаратов. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2015, № 9, с. 83–92.
  4. Комков М.А., Тарасов В.А., Кузнецов В.М. Исследование влияния вязкости эпоксидных связующих на степень пропитки волокнистых наполнителей. Клеи. Герметики. Технологии, 2015, № 4, с. 24–27.
  5. Романенков В.А., Котенко В.Д. и др. Способ изготовления препрега. Патент № 2484956 Российская Федерация, 2013, бюл. №17.
  6. Романенков В.А., Котенко В.Д. и др. Способ изготовления препрега с автоматическим контролем технологического процесса. Патент № 2565709 Российская Федерация, 2015, бюл. № 29.
  7. Романенков В.А. и др. Устройство и способ изготовления многослойных изделий из полимерных композиционных материалов преимущественно в виде тел вращения. Патент № 2574261 Российская Федерация, 2016, бюл. № 4.
  8. Романенков В.А. и др. Автоматизированный комплекс для изготовления композиционных материалов. Патент № 2574262 Российская Федерация, 2016, бюл. № 4.
  9. Романенков В.А., Копыл Н.И., Алямовский А.И. и др. Способ изготовления листов из полимерных композиционных материалов. Патент № 2750379 Российская Федерация, 2021, бюл. № 19.
  10. Романенков В.А., Тарасов В.А. и др. Способ изготовления многослойных изделий. Патент № 32450921 Российская Федерация, 2012, бюл. № 14.
  11. Романенков В.А., Тарасов В.А. и др. Термовакуумная установка для обработки изделий. Патент № 2439455 Российская Федерация, 2012, бюл. № 1.
  12. Романенков В.А., Тарасов В.А., Алямовский А.И. и др. Способ измерения неплоскостности многослойных композитных панелей. Патент № 2727548 Российская Федерация, 2020, бюл. № 21.
  13. Романенков В.А., Тарасов В.А. [и др. Способ изготовления многослойных конструкций. Патент № 2678814 Российская Федерация, 2019, бюл. № 5.
  14. Комков М.А., Галиновский А.Л., Тарасов В.А., Романенков В.А. Создание конструкций из волокнистых композиционных материалов. Старый Оскол, ТНТ, 2020, 344 с.
  15. Комков М.А., Галиновский А.Л., Тарасов В.А., Романенков В.А. и др. Обеспечение качества производства композиционных конструкций. Старый Оскол, ТНТ, 2020, 420 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.