Внедрение: 2018 г.

Металлокомпозитные конструкции баков различного назначения используются в авиационной, ракетной и космической технике. Их малая масса и высокая прочность позволяют хранить объемы расходуемой жидкости, достаточные для работы корабля в течение заданного срока его активной эксплуатации. Высокие уровни рабочих давлений и жесткие требования к надежности таких резервуаров диктуют необходимость расчетно и экспериментально обосновать их конструкцию с разных сторон и оценить предельные рабочие параметры. Рассматриваемый в статье [1] металлокомпозитный бак высокого давления (МБВД) разработан сотрудниками Центрального научно-исследовательского института специального машиностроения совместно со специалистами ОАО «Информационные спутниковые системы им. Решетнева» для космических аппаратов.

Рисунок 1. Схема испытательной установки.

Были проведены экспериментальные исследования на натурных образцах МБВД, изготовленных и испытанных в соответствии с требованиями конструкторской документации.

Испытания на прочность проводились при длительном нагружении на специально разработанной испытательной установке (рисунок 1). Установка для испытаний на разрушение состояла из взрывозащищенного бункера размером из упрочненных бетонных блоков, металлической рамы для монтажа и крепления МБВД и остальных устройств. В ходе испытаний измерялись перемещения по малой и большой осям резервуаров с помощью датчиков линейных перемещений типа ЛИР‑7М. Проведен мониторинг напряженно-деформированного состояния с помощью резистивных датчиков (резистивный тензодатчик KFW‑5‑350‑C1‑11L1M2R) и тензоизмерительного модуля LTR212, а также технического состояния МБВД при нагружении с помощью акустико-эмиссионной (АЭ) системы контроля A‑Line32D. 

Общий вид резервуаров с установленными контрольно-измерительными приборами перед испытаниями представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Общий вид МБВД (слева) в бункере для испытаний на разрушение и (справа) в боксе для длительных испытаний на прочность.

В течение первых 15 циклов нагружения МБВД не было выявлено значительных процессов деформации и значительных источников акустической эмиссии (АЭ). После циклического нагружения резервуара проводились испытания на прочность с контролем АЭ до давления 20 МПа, которое не выявило критических источников акустической эмиссии. Форма диаграммы перемещений резервуара также не имела отличий от диаграммы, полученной ранее. На основании этого авторы делают вывод о том, что циклические нагружения резервуара, предусмотренные конструкторской документацией, не приводят к сколько-нибудь существенным процессам накопления повреждений и не приводят к снижению прочностных свойств резервуара.

Испытания на прочность и разрушение при кратковременном нагружении и ресурсные испытания при длительных статических и циклических нагрузках внутренним пневматическим давлением показали высокие прочностные и ресурсные характеристики МБВД, соответствующие требованиям конструкторской документации.

Результаты экспериментов, полученные с использованием современных средств инструментального и неразрушающего контроля, в целом хорошо согласуются с данными численных расчетов напряженно-деформированного состояния и анализа механизмов разрушения металлокомпозитного резервуара. Разработанную конструкцию МБВД можно рассматривать как основу для создания серии баков разного объема для использования в тяжелых, средних и легких космических кораблях.

Статья написана исследователями Красноярского филиала Института вычислительных технологий СО РАН, НПО «СибЭРА» (г. Красноярск) и ОАО «Информационные спутниковые системы им. ак. М.Ф.Решетнева» (г. Железногорск).

Источник:
Lepikhin, A. & Moskvichev, V. & Burov, Andrey & Aniskovich, E. & Cherniaev, A. & Khalimanovich, V. (2019). Experimental study of the strength and durability of metal-composite high-pressure tanks. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 85. 49‑56. 10.26896/1028-6861-2019-85-1-I-49-56.

Разработчик: Лепихин А.М., Москвичев В.В., Буров А.Е., Анискович Е.В., Черняев А.П., Халиманович В.И.