Математическая модель для диагностирования работоспособности летательных аппаратов при неисправностях в виде трещин

DOI: 10.34759/trd-2020-114-09

Авторы

Беляев Б. В.^*, Голиков И. О.^*, Добролюбов А. Н.^*, Лебедев А. С.^*

Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, Санкт-Петербург, Россия

*e-mail: vka@mil.ru

Аннотация

Статья посвящена актуальной теме диагностики процесса функционирования герметичных отсеков летательных аппаратов, имеющих сквозные микротрещины. В статье получены выражения, позволяющие описывать закономерности изменения утечки рабочей среды через сквозные трещины в зависимости от их изменяющейся геометрии. Разработан алгоритм построения закономерностей изменения утечки рабочей среды из гермоотсеков (систем) при наличии в их оболочках развивающихся сквозных трещин. Приведены типовые закономерности изменения утечки рабочей среды во времени через сквозные трещины. Представлены результаты расчета времени разгерметизации отсека в зависимости от длины сквозной трещины, степени ее раскрытия, а также свободного объема гермоотсека. Результаты, представленные в статье, являются оригинальными. Они представляют значительный интерес и позволяют более корректно проводить диагностику отказов летательных аппаратов в условиях летной эксплуатации.

Полученные результаты позволяют решить и обратную задачу для приборных и обитаемых отсеков космических аппаратов. А именно, имея данные телеметрической информации о параметрах состояния газа (давлении и температуры) внутри отсека и изменении этих параметров в течение времени, появляется возможность диагностики в условиях орбитального полета характеристик микронеплотностей. Это в свою очередь позволяет оценивать резерв времени для локализации негерметичностей или принимать решение для аварийной посадки пилотируемого космического аппарата.

Ключевые слова:

трещина, утечка, герметичность, диагностика, работоспособность, летательный аппарат, герметичный отсек, математическая модель, остаточный ресурс

Библиографический список

1. Абдурахимов А.А., Скворцов Д.В. Методологические основы обеспечения живучести космических аппаратов // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. 2013. № 640. С. 7 – 19.

2. Баркова М.Е. Космический аппарат для утилизации космического мусора в околоземном пространстве // Труды МАИ. 2014. № 75. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=35927

3. Зинченко Л.В., Зинченко Д.А. Расчет ударных повреждений при высокоскоростном соударении осколочно-метеорных частиц с элементами конструкций космических аппаратов // Конструкции из композиционных материалов. 2018. № 1 (149). С. 3 – 6.

4. Фролов Е.С., Минайчев В.Е. Вакуумная техника: Справочник. – М.: Машиностроение, 1985. – 360 с.

5. Голубев А.И., Кондаков Л.А. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник. – М.: Машиностроение, 1986. – 464 с.

6. Механика разрушения и прочность материалов: Справочное пособие в 4 т. / Под общей ред. Панасюка В.В. – Киев: Наукова думка, 1990. Т. 4. – 679 с.

7. Гаркушин И.К., Лаврентьева О.В., Истомова М.А., Калмыкова О.Ю. Конструкционные материалы: состав, свойства, применение. – Самара: Самарский государственный технический университет, 2015. – 239 с.

8. Гецов Л.Б. О некоторых особенностях зарождения и развития трещин при усталостном и термоусталостном нагружении // Проблемы прочности. 1973. № 7. С. 61 – 63.

9. Зеленцов В.В. Защита космического аппарата от воздействия фрагментов мелкого космического мусора // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2015. № 6. С. 123 – 142.

10. Кузнецов Е.Б. Леонов С.С. Математическое моделирование чистого изгиба балки из авиационного материала в условиях ползучести // Труды МАИ. 2013. № 65. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=35927

11. Ендогур А.И. Кравцов В.А. Напряженное состояние композиционной панели в зоне отверстия // Труды МАИ. 2013. № 64. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=36558

12. Голуб В.П., Плащинская А.В. О влиянии концевой пластической зоны на рост усталостных трещин в изотропных пластинках при одноосном растяжении-сжатии // Теоретическая и прикладная механика. 2003. № 38. С. 91 – 96.

13. Antunes F.V., Chegini F.G., Branco R., Camas D. A numerical study of plasticity induced crack closure under plane strain conditions // International Journal of Fatigue, 2015, no. 71, pp. 75 – 86. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2014.03.016

14. Yates J.R., Zanganeh M., Tomlinson R.A., Brown M.W., Garrido F.A. Crack paths under mixed mode loading // Engineering Fracture Mechanics, 2008, no. 75, pp. 319 – 330.

15. Шакиртов М.М., Шабанов А.П., Корнев В.М. Построение диаграмм разрушения для пластин с трещиновидным дефектом на основе необходимых и достаточных критериев // Прикладная механика и техническая физика. 2013. Т. 54. № 2. С. 163 – 170.

16. Шакиртов М.М. О влиянии коэффициента асимметрии цикла внешней нагрузки на характеристики цикла нагружения материала при вершине трещиновидного дефекта // Труды МАИ. 2016. № 89. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=75559

17. Шабанов А.П. О механизме роста усталостной трещины в поле внешних сжимающих напряжений // Прикладная механика и техническая физика. 2005. Т. 46. № 6. С. 108 – 115.

18. Хохлов А.В. Кривые длительной прочности, порождаемые линейной теорией вязкоупругости в сочетании с критериями разрушения, учитывающими историю деформирования // Труды МАИ. 2016. № 91. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=75559

19. Кутовой В.П., Шабанов А.П., Шакиртов М.М. Исследование напряженно-деформированного состояния вершины усталостной трещины в головке рельса // Известия Транссиба. 2013. № 1 (13). С. 89 – 94.

20. Шабанов А.П. Возможная модель развития усталостной трещины в упрочняющихся материалах // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2010. № 5. С. 40 – 47.

21. Коцаньда С. Усталостное растрескивание металлов. – М.: Металлургия, 1990. – 623 с.

22. Трощенко В.Т. Сосновский Л.А. Сопротивление усталости металлов и сплавов: – Киев, Наукова думка, 1987. – 175 с.

23. Головин C.А., Пушкар А. Микропластичность и усталость металлов. – М.: Металлургия, 1980. – 240 с.

Скачать статью