Факторы внешнего воздействия космического полета, Механические факторы внешнего воздействия

Материалы лекций № 2.7-8.

Факторы внешнего воздействия космического полета. Механические факторы внешнего воздействия.

*****

Факторы внешнего воздействия космического полета.Механические факторы внешнего воздействия.Акустические воздействия.Вибрационные воздействия (Воздействия вибраций на аппаратуру. Характерные неисправности аппаратуры, вызываемые вибрацией. Вибрации в космической технике.). Ударные воздействия. Перегрузка и невесомость. Аэродинамические эффекты. Ветровое воздействие. Влияние пыли и песка на работу технических систем.

Приложения:

Приложение 1 «Звуковые поля и их характеристики».

Приложение 3. Запуск ЖРД в условиях невесомости (СОЗ).

Приложение 2. Характеристики вибрационных воздействий.

Приложение 4. Воздействие перегрузок и невесомости на человека.

Приложение 5. Скорости ветра, реализующиеся в земной атмосфере (шкала Бофорта).

*****

2.7-8.1. Факторы внешнего воздействия космического полета.

Траекторию полета практически любого ракетно-космического комплекса (включающего в себя ракету-носитель и КА) можно разбить на следующие основные участки:

Ø  выведения на орбиту (т. е. активный участок полета),

Ø  разделение ступеней РН;

Ø  сброса головного обтекателя последней ступени РН;

Ø  отделения КА от последней ступени РН;

Ø  маневрирования КА в космическом пространстве (возможно: стыковка и расстыковка с другим КА):

Ø  орбитального полета КА или полета к заданному объекту солнечной системы (либо выполнения какой-то другой задачи КА);

Ø  выхода на орбиту заданного объекта;

Ø  отделения спускаемого аппарата;

Ø  снижения спускаемого аппарата;

Ø  посадки спускаемого аппарата;

Ø  функционирования на поверхности планеты.

При полете к другому небесному телу, вполне возможно повторение перечисленных этапов вплоть до посадки на Землю.

На этих участках КА подвергается воздействию внешних факторов в различных сочетаниях и в разной временной последовательности.

Еще при нахождении на стартовой позиции космодрома, РН подвергается воздействию набора климатических факторов, в том числе, ветрового нагружения конструкции ракеты. Все эти факторы в той или иной мере действуют до выхода РН за пределы земной атмосферы.

На участке выведения КА наиболее интенсивно подвергается воздействию:

Ø  акустического шума,

Ø  вибрации,

Ø  линейных ускорений,

Ø  аэродинамического нагрева,

Ø  ветрового нагружения, и целого ряда менее действенных факторов.

Акустический шум, воздействующий на РН и КА, (и, соответственно, на их различные узлы, устройства и системы) вызывается работой ракетных двигателей (действие реактивных струй, вибрации сопел, трубопроводов, несбалансированных вращающихся частей и т. п.) в совокупности с аэрогазодинамическими эффектами, возникающими в результате обтекания РН внешними набегающими потоками, создающими на атмосферной части участка выведения псевдоакустические (динамические) нагрузки.

Во время стоянки ракеты на стартовой позиции, акустический шум возникает вследствие турбулентности приземного ветра. При полете, к нему прибавляется турбулентность в пограничном слое, а также срывная турбулентность при обтекании плохо обтекаемых выступов, изломов, уступов и т. п. Как правило, акустический шум ракетного двигателя имеет достаточно равномерный спектр, другие причины могут создавать отдельные высокоинтенсивные составляющие.

На участках выведения и снижения имеют место большие линейные ускорения, часто характеризуемые перегрузкой. Перегрузка возникает за счет преодоления гравитационного поля планеты и зависит от угла между вектором скорости и горизонтом (угла тангажа). Длительность действия перегрузки определяется временем пребывания в гравитационном поле.

На этапе активного полета условия эксплуатации характеризуются:

Ø программой изменения тяги двигательных установок,

Ø инерционными силами,

Ø параметрами траектории,

Ø метеорологическими условиями в районе старта,

Ø аэродинамическими силами с учетом случайного ветрового воздействия,

Ø акустическими воздействиями и вибрацией с широким спектром - частот (5...2500 Гц и выше), обусловленной пульсацией тяги, топлива, собственными колебаниями корпуса РН.

На этом этапе функционирования РН максимальное нагружение элементов аппарата имеет место в конце работы ступеней, когда текущее значение тяги максимально, а масса аппарата минимальна.

На участке орбитального полета необходимо учитывать влияние