Методика прогнозирования остаточного ресурса при разгерметизации летательных аппаратов

DOI: 10.34759/trd-2022-125-08

Авторы

Беляев Б. В.^*, 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 герметичных отсеков (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 герметичного отсека. Результаты, представленные в статье, являются оригинальными. Они представляют значительный интерес и позволяют более корректно проводить диагностику отказов летательных аппаратов в условиях летной эксплуатации.

Кроме того, 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, остаточный ресурс, герметичность, диагностика, работоспособность, герметичный отсек

Библиографический список

1. Максимов Г.Ю. Теоретические основы разработки КА. — М.: Наука, 1980. — 320 с.
2. Тимашев С.В., Лебедев Ю.Н., Сырцов Л.А. и др. Основы теории, конструкции и эксплуатации энергетических и двигательных установок космических аппаратов с неядерными источниками энергии. — СПб.: ВИККИ им. А.Ф. Можайского, 1992. — 511 с.
3. Деревенских В.Ф., Доронин А.П., Лямин В.А. и др. Аспекты экологии, безопасности и живучести космических аппаратов при воздействии на них частиц и объектов природного и техногенного происхождения // Тезисы докладов Международной конференции «Экологическая безопасность на пороге 21 века». СПб, 30-31 марта 1999.
4. Баркова М.Е. Космический аппарат для утилизации космического мусора в околоземном пространстве // Труды МАИ. 2014. № 75. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=35927
5. Фролов Е.С., Минайчев В.Е. Вакуумная техника: Справочник. — М.: Машиностроение, 1985. — 360 с.
6. Голубев А.И., Кондаков Л.А. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник. — М.: Машиностроение, 1986. — 464 с.
7. Панасюк В.В. Механика разрушения и прочность материалов: в 4 T. — Киев: Наукова думка, 1988 — 1990.
8. Деревенских В.Ф., Павутницкий Ю.В., Лямин В.А. Условия распространения трещин в элементах герметичных конструкций орбитальных станций // Научные труды II Международного семинара «Современные проблемы прочности» им. В.А. Лихачева, Старая Русса, 1998. Т. 2. С. 189-201.
9. Деревенских В.Ф., Павутницкий Ю.В., Лямин К.А. Закономерности развития поверхностных и сквозных термоусталостных трещин в конструктивных элементах орбитальных станций. // Научные труды II Международного семинара «Современные проблемы прочности» им. В.А. Лихачева, Старая Русса, 1998. Т. 2. С. 220-226.
10. Панасюк В.В., Андрейкив А.Е., Ковчик С.Е. Методы оценки трещиностойкости конструкционных материалов. — Киев: Наукова думка, 1977. — 277 с.
11. Трощенко В.Т., Покровский В.В., Прокопенко А.В. Трещиностойкость металлов при циклическом нагружении. — Киев: Наукова думка, 1987. — 256 с.
12. 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
13. 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
14. 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.
15. 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. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2014.03.016
16. 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.
17. 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.
18. 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
19. 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.
20. 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
21. 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.
22. Шабанов А.П. Возможная модель развития усталостной трещины в упрочняющихся материалах // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2010. № 5. С. 40-47.
23. Коцаньда С. Усталостное растрескивание металлов. — М.: Металлургия, 1990. — 623 с.
24. Трощенко В.Т., Сосновский Л.А. Сопротивление усталости металлов и сплавов. — Киев: Наукова думка, 1987. — 175 с.
25. Головин C.А., Пушкар А. Микропластичность и усталость металлов. — М.: Металлургия, 1980. — 240 с.
26. Беляев Б.В., Голиков И.О., Добролюбов А.Н., Лебедев А.С. Математическая модель для диагностирования работоспособности летательных аппаратов при неисправностях в виде трещин // Труды МАИ. 2020. № 114. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=118918

Скачать статью