Боровик Я. В. Розробка і дослідження довгомірної зварної конструкції перетворюваного об’єму космічного апаратобудування

Дисертація присвячена розробці та виготовленню металевої конструкції перетворюваного об’єму (КПО) космічного призначення з конічних секцій, механічні характеристики якої можливо прогнозувати на етапі її створення з урахуванням впливу факторів агресивного середовища в умовах експлуатації. Виконано визначення конструктивної схеми, яка відповідає найкращому поєднанню масово-габаритних характеристик, високої компактності та стійкості під дією експлуатаційних навантажень та факторів космічного простору. Визначено оптимальні співвідношення геометричних параметрів конічних секцій КПО, включаючи їх товщину і параметри кільцевих складок, що утворюються при компактному перетворенні, при яких оболонка конструкції обраного матеріалу має найбільшу стійкість під дією характерних (регламентованих) зовнішніх навантажень. Проведено порівняльний аналіз скінчено-елементних моделей розкриття суцільнозварних секцій КПО з рівною вихідною геометрією та товщиною при різній кількості складок та різній компактності, що в сукупності з верифікацією отриманих результатів шляхом натурного експерименту дозволило отримати об’єктивні дані щодо локальної втрати стійкості тонких перетворюваних оболонок в нестаціонарному стані. Показано, що забезпечення сталого процесу розкриття зі збереженням регулярності рухомої поверхні оболонки можливо за умов дотримання відповідності кроку її кільцевої згортки до діапазону у 26…29 товщин металу оболонки. Досліджено вплив алгоритмів мікроплазмового зварювання та їх параметрів на кінцеві механічні властивості КПО, а також відпрацьовано та систематизовано режими зварювання екстремально деформованих з’єднань перетворюваних секцій КПО з високолегованої аустенітної сталі фольгового класу товщин. Запропоновано методики кількісної оцінки прецизійних параметрів зварювання у повторюваних циклах складання суцільнозварної КПО періодичного профілю. Продемонстровано можливість та ефективність поточного коригування параметрів зварювального процесу за результатами експрес-оцінки структурно-фазового стану зварного з’єднання методами неруйнівного контролю. Реалізовано методику прогнозування жорсткісних параметрів багатосекційної КПО довжиною 3 метри шляхом розрахунково-експериментального модального аналізу довгомірної оболонки в стані розкриття із вихідними даними, попередньо отриманими методом чисельного аналізу. Виконано моделювання точних геометричних параметрів розкритої КПО після зняття внутрішнього тиску формоперетворення для усунення вірогідності виникнення резонансних частот коливань в експлуатаційних умовах. Об'єктом досліджень є самонесні конструкції перетворюваного об’єму космічного призначення Предмет досліджень – технологічні процеси виготовлення і дослідження експлуатаційних властивостей довгомірної зварної конструкції перетворюваного об’єму. Мета роботи: створення довгомірної конструкції перетворюваного об’єму із забезпеченням заданих геометричних параметрів, вакуумної щільності після проходження деформаційних циклів та несучої здатності під дією факторів космічного простору. Ідея досліджень полягає у визначенні взаємозв’язку між геометричними параметрами і коефіцієнтом трансформації довгомірної КПО з несною здатністю і необхідною частотою її власних коливань. Отримання самонесних властивостей розкривних конструкцій є метою переважної більшості відомих проектів, за винятком випадків їх технологічного застосування у якості поверхонь відбиття і т.ін. У досліджуваному класі конструкцій жорсткість у робочому стані не вимагає застосування додаткових технологій для її одержання та підтримання, але залежить від ступеню розкриття та збільшується із його зростанням. З іншого боку, актуальною та остаточно не вирішеною проблемою в сучасній аерокосмічній техниці є точність відтворення геометричних параметрів розкривних конструкцій оболонкового типу. Отже, в роботі досліджується як сполучення достатніх ступеню трансформації та відповідної йому жорсткості, так і вплив пружно-пластичних властивостей матеріалів оболонки на прецизійність її перетворення на межі застосування зовнішнього джерела енергії для ініціювання розкриття. Наукова новизна роботи полягає у сукупності конструктивно-технологічних рішень, направлених на створення довгомірної зварної конструкції перетворюваного об’єму (КПО) космічного призначення, у розроблених технологіях зварювання, формотворення та верифікації екпериментальними оцінками результатів математичного моделювання напружено-деформованих станів і частот власних коливань КПО, що забезпечують її необхідну несучу здатність і масово-габаритні параметри, високу міцність і вакуумну щільність зварних з’єднань.