О применении высокопористых алюминиевых сплавов и сотовых конструкций в посадочных устройствах космических аппаратов
Опубликовано: 17.11.2022
Авторы: Марков В.А., Попов Ю.В., Пусев В.И., Селиванов В.В.
Опубликовано в выпуске: #11(131)/2022
DOI: 10.18698/2308-6033-2022-11-2228
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
Представлены результаты исследований механических свойств и амортизирующих характеристик высокопористых алюминиевых сплавов и сотовых конструкций из алюминиевых сплавов, имеющих начальную среднюю плотность от 190 до 2250 кг/м3. Исследование основано на данных зарубежных публикаций и экспериментальных результатах, полученных авторами. Приведены диаграммы деформирования, иллюстрирующие характерные стадии процесса деформирования и уплотнения высокопористых сплавов и сотовых конструкций из алюминиевых сплавов. Установлены высокопористые сплавы, диаграмма деформирования которых близка к идеализированной. Показано на основе анализа экспериментальных данных наличие двух групп материалов: первые имеют диаграмму деформирования без упрочнения на стадии уплотнения, а вторые — с упрочнением. Приведены основы расчета удельной и эффективной энергии поглощения удара. Показаны аналоги-амортизаторы для характерных стадий диаграмм деформирования. Предложено применение эффективной энергии поглощения удара как критерия для сравнения амортизаторов удара между собой. Полученные результаты могут быть использованы при разработке однократных амортизаторов удара.
Литература
[1] Петров Ю.А., Макаров В.П., Колобов А.Ю., Алешин В.Ф. Посадочные устройства космических аппаратов (КА) на основе пенопластов и сотоблоков. Наука и образование. Электронный научный журнал МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010, № 4. URL: http://technomag.edu.ru/doc/141542.html (дата обращения 11.11.2020).
[2] Глушко В.П., ред. Космонавтика. Энциклопедия. Москва, Сов. энциклопедия, 1985, 528 с.
[3] Попов Е.И. Спускаемые аппараты. Москва, Знание, 1985, 64 с.
[4] Technical Report 32-1246 Surveyor V Mission Report. Part I. Mission Description and Performance. Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California, 1968. URL: https://www.lpl.arizona.edu/sites/default/files/sic/surveyor/Surveyor_V_NASA-TechnicalReport32-1246_Part-1.pdf (дата обращения 03.05.2021).
[5] Surveyor Program-Results. NASA SP-184. Scientific and Technical Information Division. Office of technology utilization National Aeronautics and Space Administration, Washington, D.C., 1969, 425 p. URL: https://www.hq.nasa.gov/alsj/NASA-SP-184.pdf (дата обращения 03.05.2021).
[6] Apollo 11 Preliminary Science Report. NASA SP-214. Scientific and Technical Information Division. Office of Technology Utilization National Aeronautics and Space Administration, Washington, D.C., 1969, 205 p. URL: https://www.hq.nasa.gov/alsj/a11/as11psr.pdf (дата обращения 03.05.2021).
[7] Apollo operations handbook. Lunar module LM 10 and subsequent. Vol. 1 Subsystems data. LMA790-3-LM 10 and Subsequent. The National Aeronautics and Space Administration, 1971. URL: https://www.hq.nasa.gov/alsj/LM10HandbookVol1.pdf (дата обращения 03.05.2021).
[8] Фортов В.Е., Альтшулер Л.В., Трунин Р.Ф., Фунтиков А.И., ред. Ударные волны и экстремальные состояния вещества. Москва, Наука, 2000, 425 с.
[9] Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. Москва, Наука, 1966, 686 с.
[10] Альтман М.Б., Борок Б.А., Меркулов В.А. и др. Литые заготовки из пенистого алюминия. В кн.: И.Н. Фридляндер, ред. Алюминиевые сплавы. Москва, Оборонгиз, 1963, вып. 1, с. 41–49.
[11] Применение пенообразного алюминия в космическом кораблестроении. Пер. с англ. 64/13628. Москва, ГПНТБ, 1964, 9 с.
[12] Сионоя С. Пористый алюминий и его применение. Пер. с япон. 74/11416В. Москва, ГПНТБ, 1973, 11 с.
[13] Preface. Proc. 1st Int. Conf. of Met. Foams and Porous Met. Struct. Bremen (Germany), 14–16 June 1999 (MetFoam ‘99). Bremen, 1999, pp. 1–5.
[14] Гусаров А.П., Жариков А.В., Марков В.А., Овчинников А.Ф., Пусев В.И., Селиванов В.В. Экспериментальная оценка определяющих уравнений высокопористых металлов. Сб. научн. тр. XIV Междунар. симп. «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» имени профессора А.Г. Горшкова. Ярополец, 18–22 февраля 2008 г. Москва, Изд-во МАИ, 2008, т. 2, с. 72–83.
[15] Ashby M.F., Tianjian L. Metal foams: a survey. Sci. of China. Ser. B, 2003, vol. 46, no. 6, pp. 522–532.
[16] Öchner A., Kuhn G., Gracio G. Investigation of cellular solids under biaxial stress strain. Exp. Mech., 2005, vol. 45, no. 4, pp. 325–330.
[17] Гусаров А.П., Жариков А.В., Марков В.А., Овчинников А.Ф., Пусев В.И., Селиванов В.В., Сообщиков А.Н. Механические и амортизирующие свойства высокопористого ячеистого алюминия. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2009, № 1 (74), с. 58–66.
[18] Гусаров А.П., Жариков А.В., Марков В.А., Овчинников А.Ф., Пусев В.И., Селиванов В.В., Сообщиков А.Н. О механических и амортизирующих свойствах ячеистого алюминия при сжатии и вторичном нагружении. Сб. научн. тр. XV Междунар. симп. «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» имени профессора А.Г. Горшкова. Ярополец, 16–20 февраля 2009 г. Москва. Типография «ПАРАДИЗ», 2009, т. 2, с. 84–93.
[19] Wei P., Liu L. Influence of density on compressive properties and energy absorption of foamed aluminium alloy. J. of Wuhan Univ. of Techn. Mater. Sci., 2007, vol. 22, no. 2, pp. 225–228.
[20] Zhao Y., Ma Ch., Xin D., Sun M. Dynamic mechanical properties of closed-cell aluminum foams with uniform and graded densities. Journal of Material Research, 2020, vol. 35, no. 19, pp. 2575–2586. https://doi.org/10.1557/jmr.2020.157
[21] Sun Yongle, Li Q.M. Dynamic compressive behaviour of cellular materials: A review of phenomenon, mechanism and modelling. Int. J. of Imp. Engng., 2018, vol. 112, pp. 74–115.
[22] Shen J., Lu G., Ruan D. Compressive behaviour of closed-cell aluminium foams at high strain rates. Composites Part B: Engineering, 2010, vol. 41, no. 8, pp. 678–685.
[23] Thornton P.H., Magee C.L. The deformation of aluminium foams. Met. Trans. A, 1975, vol. 6A, no. 6, pp. 1253–1263.
[24] Овчинников А.Ф., Пусев В.И., Гусаров А.П. Поведение пористых металлов при уплотнении. Труды МВТУ № 399. Механика импульсных процессов. Москва, 1983, с. 29–35.
[25] Öchner A., Winter W., Kuhn G. Elastic-plastic behaviour of perforation aluminium under tension and сompression. Tech. Mech., 2001, vol. 21, no. 2, pp. 101–108.
[26] Islam M.A., Brown A.D., Hazell P.J., Kader M.A., Escobedo J.P., Saadatfar M., Xu S., Ruan D., Turner M. Mechanical response and dynamic deformation mechanisms of closed-cell aluminium alloy foams under dynamic loading. Int. J. of Imp. Engng., 2018, vol. 114, pp. 111–122.
[27] Kader M.A., Islam M.A., Hazell P.J., Escobedo J.P., Saadatfar M., Brown A.D., Appleby-Thomas G.J. Modelling and characterization of cell collapse in aluminium foams during dynamic loading. Int. J. of Imp. Engng., 2016, vol. 96, pp. 78–88.
[28] Langdon G.S., Karagiozova D., Theobald M.D., Nurick G.N., Lu G., Merrett R.P. Fracture of aluminium foam core sacrificial cladding subjected to air-blast loading. Int. J. of Imp. Engng., 2010, vol. 37, pp. 638–651.
[29] Peroni M., Solomos G., Pizzinato V. Impact behaviour testing of aluminium foam. Int. J. of Imp. Engng., 2013, vol. 53, pp. 74–83.
[30] Гусаров А.П., Жариков А.В., Марков В.А., Овчинников А.Ф., Пусев В.И., Селиванов В.В., Сообщиков А.Н. О механических и амортизирующих свойствах сотовых конструкций из алюминиевых сплавов. Сб. научн. тр. Всерос. науч. конф. «Современная баллистика и смежные вопросы механики», посвященной 100-летию со дня рождения профессора М.С. Горшкова». Томск, 17–19 ноября 2009 г. Томск, Изд-во ТГУ, 2010, с. 209–210.
[31] Гусаров А.П., Жариков А.В., Марков В.А., Овчинников А.Ф., Пусев В.И., Селиванов В.В., Сообщиков А.Н. Механические и амортизирующие характеристики сотовых конструкций из алюминиевых сплавов. Сб. научн. тр. XVI Междунар. симпозиума «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» имени А.Г. Горшкова. Ярополец, 15–19 февраля 2010 г. Чебоксары, ГУП «ИПК «Чувашия», 2010, т. 2, с. 153–159.
[32] Gibson L.J., Ashby M.F., Shajer G.S., Robertson C.I. The mechanics of two-dimensional cellular materials. Proc. R. Soc. Lond. Pt. A382. London, 1982, pp. 25–42.
[33] Gibson L.J., Ashby M.F. The mechanics three-dimensional cellular materials. Proc. R. Soc. Lond. Pt. A382. London, 1982, pp. 43–59.
[34] Baker W.E., Togami T.C., Weydert J.C. Static and dynamic properties of high-density metal honeycombs. Int. J. of Imp. Engng., 1998, vol. 21, no. 3, pp. 149–163.
[35] Odacı İ.K., Güden M., Kılıçaslan C., Taşdemirci A. The varying densification strain in a multi-layer aluminum corrugate structure: Direct impact testing and layer-wise numerical modelling. Int. J. of Imp. Engng., 2017, vol. 103, pp. 64–75.
[36] Xu S., Beynon J.H., Ruan D., Yu T.X. Strength enhancement of aluminium honeycombs caused by entrapped air under dynamic out-of-plane compression. Int. J. of Imp. Engng., 2012, vol. 47, pp. 1–13.
[37] Sun Yongle, Li Q.M. Dynamic compressive behaviour of cellular materials: A review of phenomenon, mechanism and modelling. Int. J. of Imp. Engng., 2018, vol. 112, pp. 74–115.
[38] Никольский Л.Н., Кеглин Б.Г. Амортизаторы удара подвижного состава. Москва, Машиностроение, 1986, 144 с.