Порівняння комбінованого тороїдального бака з композитною ізогратчастою опорою з існуючими конструктивними рішеннями

Анотація

Розвиток технологій виготовлення космічних апаратів дозволив створювати вдосконалені конструкції. У цій статті ми досліджуємо конструктивні елементи комбінованого тороїдального бака. Огляд конструкцій тороїдальних баків, що використовувалися в ракетах-носіях, які виконали свої місії, показує, що всі вони виготовлені з металу. Варто зазначити, що композитні матеріали мають значну перевагу завдяки їх більшій питомій міцності порівняно з металами. При проектуванні літальних апаратів або ракет-носіїв необхідно задовольнити протилежні критерії. З одного боку, конструкція повинна бути міцною, жорсткою та стабільною, а з іншого боку, вона повинна бути якомога легшою. Об'єктом дослідження є комбінована тороїдальна оболонка з композитним ізогратчастим підсиленням. Предметом дослідження є визначення переваг та недоліків запропонованих комбінованих конструкцій тороїдальних баків порівняно з відомими варіантами конструкцій. Метою дослідження є визначення параметрів працездатного комбінованого тороїдального бака з ізогратчастим композитним підсиленням за допомогою інженерного методу розрахунку конструкції, а також оцінка масових характеристик і порівняння з варіантами конструкцій-прототипів. Ці варіанти конструкцій порівнюються з комбінованими тороїдальними баками з ізогратчастим композитним підсиленням, створеним шляхом поздовжньо-поперечного намотування (ППН). У цій конструкції облицювання забезпечує герметичність оболонки та поглинає частину меридіональних та кільцевих сил, тоді як ізогратчасте композитне підсилення поглинає решту сил. У цій роботі ми визначаємо параметри та масу комбінованих баків за умов навантаження прототипу за допомогою інженерного методу розрахунку ефективного тороїдального бака з ізогратчастим композитним підсиленням. На основі результатів чисельного аналізу ми дійшли висновку, що використання комбінованих тороїдальних баків з ізогратчастим підсиленням є доцільним і ефективним порівняно з металевими прототипами.