Исследование стойкости поверхности спутников к эрозийному износу
Авторы: Сидняев Н.И., Баранов И.В.
Опубликовано в выпуске: #8(128)/2022
DOI: 10.18698/2308-6033-2022-8-2199
Раздел: Механика | Рубрика: Теоретическая механика, динамика машин
Приведены результаты исследований высокоскоростного ударного взаимодействия потока метеорных частиц и поверхности космических спутников. Описаны эффекты, возникающие при движении микрочастиц в материале, приведены модели взаимодействия твердой частицы с металлическими поверхностями. Представлены экспериментальные и аналитические зависимости. Выявлены основные факторы и выполнена оценка их влияния на износ поверхности деталей. Исследован механизм разрушения материала в зависимости от соотношения твердостей изнашивающих частиц и материала. Рассмотрены различные способы защиты спутников от воздействия космической среды: применение для изготовления силовой конструкции высокопрочных материалов (вольфрама, титана), обладающих высокой сопротивляемостью трению, ограничение времени функционирования КА в космосе, использование защитных экранов и многослойных стенок. Уделено внимание трению и эрозии, вызванным одиночными частицами, а также возможности появления термически локализованной деформации (адиабатического сдвига) в результате локального нагрева. Представлен механизм эрозии пластичных материалов абразивными частицами малых размеров, однако реакция материала при таких скоростях частиц малоизвестна. Постулируется, что удаление материала (износ) при воздействии на поверхность космического аппарата потока абразивных частиц происходит вследствие взаимодействия нескольких одновременно протекающих процессов, обусловленных отдельным или совместным влиянием компонентов потока этих частиц. Рекомендовано, что при рассмотрении эрозии материала, обтекаемого космической средой, необходимо учитывать: соударения частиц внутри набегающего потока; дробление отдельных частиц; экранирование обрабатываемой поверхности отскакивающими от нее частицами; широкий диапазон углов падения частиц в определенный момент времени; влияние обрабатываемой поверхности на траекторию движения космических частиц; подповерхностное повреждение материала вследствие многократных ударов микрочастицами; адсорбционный эффект понижения прочности материала поверхности аппарата на границе раздела его поверхности и потока и т. д.
Литература
[1] Ушеренко С.M. Сверхглубокое проникание частиц в преграды и создание композиционных материалов. Минск, НИИИП, 1998, 208 с.
[2] Калашников В.В., Ибатуллин И.Д., Ганигин С.Ю. и др. Разработка и исследование эффективности импульсных устройств на основе энергонасыщенных материалов для модификации поверхности деталей машин высокоскоростными потоками частиц. Известия Самарского научного центра РАН, 2012, т. 14, № 1, с. 615–619.
[3] Сидняев Н.И. Обтекание гиперзвуковых летательных аппаратов в усло-виях поверхностного разрушения. Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2016. 304 с.
[4] Солодов А.В., ред. Инженерный справочник по космической технике. Москва, Воениздат, 1969, 696 с.
[5] Виноградов В.Н., Бирюков В.И., Назаров С.И., и др. Установка для исследования разрушения конструкционных материалов при контактном взаимодействии с абразивными частицами. Заводская лаборатория, 1979, № 8, с. 767–769.
[6] Браун У., Сроули Дж. Испытания высокопрочных металлических материалов на вязкость разрушения при плоской деформации. Москва, Мир, 1972, 246 с.
[7] Васильев Н.В., Бояркина А.П., Назаренко М.К. и др. Динамика притока сферической фракции метеорной пыли на поверхности Земли. Астрономический вестник, 1975, т. IX, № 3, с. 178–183.
[8] Сидняев Н.И. Исследование разрушения поверхности КА при контактном взаимодействии с микрочастицами космической среды. Космические исследования, 2018, т. 56, № 3, с. 233–242.
[9] Хеккель К. Техническое применение механики разрушения. Москва, Металлургия, 1974, 63 с.
[10] Симоненко А.Н., Левин Б.Ю. Приток космического вещества на Землю. Метеоритика. Вып. 31. Москва, Наука, 1972, с. 3–17.
[11] Усков Е.И., Бабак А.В. Методика исследования трещиностойкости вольфрама. Заводская лаборатория, 1981, № 1, с. 79–82.
[12] Сидняев Н.И., Климова Н.С. Изменение поверхностных и объемных свойств космического аппарата при адсорбции и рекомбинация атомов кислорода и азота. Космические исследования, 2020, т. 58, № 3, с. 208–222.