Введение
Глава 1. Проблемы создания и применения ферменных конструкций из композиционных материалов в космических аппаратах 15
1.1 Анализ основных подходов и принципов создания конструкций из КМ 16
1.2 Принципы обеспечения размерной стабильности ферм космических аппаратов 20
1.3 Особенности изготовления элементов и сборных ферменных конструкций из КМ 24
1.3.1 Конструкция и технология изготовления углепластиковых рам космического назначения 24
1.3.2 Анализ конструктивно-силовых схем изготовления узлов фермы 28
1.3.3 Применение композитов в стержневых конструкциях космических аппаратов 33
1.3.4 Технология изготовления многолучевых фитингов 38
1.4 Материаловедческие, прочностные и технологические проблемы создания изделий из КМ 39
1.5 Цель и задачи исследования 53
Глава 2. Разработка системной методологии исследования процесса создания ферменных конструкций космических аппаратов из композиционных материалов 57
2.1 Концепция создания ферменных конструкций космических аппаратов из композитных материалов 58
2.2 Классификация процесса создания ферменных конструкций из композиционных материалов 68
2.3 Принципы формообразования элементов ферменных конструкций из композиционных материалов намоткой... 72
2.4 Критерии эффективности ферменных конструкций из композиционных материалов 77
2.4.1 Критерии автономных испытаний 19
2.4.2 Критерии комплексных испытаний 83
2.5 Пути повышения прочности, жесткости и термостабильности ФК КА из КМ 87
Выводы по разделу 89
Глава 3. Создание стержневых элементов ферменных конструкций из композиционных материалов намоткой 90
3.1 Классификация стержневых элементов и особенности их изготовления 90
3.2 Физические основы и закономерности процесса формирования армирующего материала 96
3.2.1 Кинематика процесса формования армирующего материала 97
3.2.2 Определение потребной работы пластической деформации при обжиме армирующего материала... 113
3.2.3 Взаимосвязь между геометрическими и технологическими параметрами формируемого армирующего материала 115
3.3 Влияние нестабильности технологических параметров намотки на прочность слоев 118
3.4 Технология изготовления стержневых элементов из композиционных материалов намоткой 132
3.4.1 Выбор и разработка рациональных компонентов намоточного технологического оснащения 133
3.4.1.1 Отжимные устройства фильерного типа 134
3 4. 1.2 Способы и устройства для формирования однородной микроструктуры слоя 138
3.4.2 Исследование и выбор рациональных технологических параметров процесса намотки 141
3.4.3 Программирование процесса намотки стержневых элементов 150
3.4.3.1 Общие положения 150
3.4.3.2 Программирование намотки поперечных слоев. 152
3.4.3.3 Программирование намотки продольных слоев. 154
3.4.4 Технологические рекомендации и особенности процесса формообразования намоткой стержневых элементов большой длины из углепластика 161
Выводы по разделу 169
Глава 4. Принципы создания и технология формообразования намоткой многолучевых фитингов из композиционных материалов 171
4.1 Классификация многолучевых фитингов ферменных конструкций 171
4.2 Формирование намоткой композитных структур многолучевых фитингов 177
4.2.1 Принципы формирования намоткой композитных структур многолучевых фитингов 177
4.2.2 Интегральный метод формирования фитингов 180
4.3 Расчет структурно-технологических параметров намотки многолучевых фитингов 188
4.4 Технология формообразования многолучевых фитингов намоткой 192
4.4.1 Выбор средств технологического оснащения и структурно-технологических параметров намотки 192
4.4.2 Программирование процесса намотки многолучевых фитингов 199
4.4.3 Реализация технологического процесса намотки фитингов 201
Выводы по разделу 205
Глава 5. Принципы создания и технология формообразования бесфитинговых ферменных конструкций интегрального типа из композиционных материалов намоткой 207
5.1 Моделирование технологического процесса сборки ферменных конструкций из композиционных материалов методом намотки 208
5.2 Алгоритм технологической подготовки производства бесфитинговых ферм интегрального типа из композиционных материалов намоткой 214
5.3 Технология формообразования бесфитинговых ферменных конструкций интегрального типа методом намотки из композиционных материалов 224
5.3.1 Технологическая подготовка производства, бесфитинговых ферменных конструкций интегрального типа 224
5.3.2 Разработка и изготовление технологического оснащения 230
5.3.2.ІРазработка технологических оправок для, намотки модулей 231
5.3.2.2 Разработка обмоточного устройства 234
5.3.3 Моделирование и реализация технологического процесса формообразования интегральных бесфитинговых ферм намоткой 237
5.3.4 Выбор рационального времени сборки ферменной конструкции методом намотки 252
Выводы по разделу 256
Глава 6. Экспериментальные исследования физико-механических и теплофизических свойств углепластиковых элементов и сборных ферменных конструкций 258
6.1 Экспериментальные исследования углепластиковых стержневых элементов 258
6.1.1 Методика прочностных и тепловых испытаний стержневых элементов... 258
6.1.2 Статистический анализ геометрических и структурно-весовых параметров намотанных стержневых элементов 269
6.1.3 Анализ прочностных испытаний стержней 276
6.1.4 Моделирование и оптимизация структурных параметров стержневых элементов 283
6.1.5 Влияние процесса формования на коэффициент линейного температурного расширения углепластиковых стержневых элементов 294
6.1.6 Конструктивно-технологические усовершенствования стержневых элементов 302
6.1.7 Рекомендации по совершенствованию конструктивно-технологических решений стержневых элементов.. 306
6.2 Экспериментальные исследования многолучевых фитингов 307
6.2.1 Разработка схем автономных испытаний фитингов 308
6.2.2Методика проведения жесткостных испытаний,фрагмента фермы 313
6.2.3 Испытания фитингов на растяжение 321
6.2.4 Испытания фитингов на изгиб 326
6.2.5 Технологические усовершенствования процесса намотки фитингов 328
6.2.6 Результаты жесткостных испытаний многолучевых фитингов 331
6.3 Экспериментальные исследования теплофизических свойств бесфитинговых ферм интегрального типа методом голографической интерферометрии 334
6.3.1 Методика проведения испытаний фермы 334
6.3.2 Результаты и анализ измерений 336
Выводы по разделу 339
Глава 7. Эффективность применения элементов из композиционных материалов в ферменных конструкциях космических аппаратов 341
7.1 Принципы проектирования ферменных конструкций космических аппаратов из композиционных материалов. 341
7.2 Сравнительный анализ физико-механических и теплофизических свойств стержневых элементов 345
7.3 Эффективность использования углепластика в ферменной конструкции космических аппаратов 352
7.3.1 Конструктивные особенности экспериментальной фермы и основные отличия от аналога 356
7.3.2 Выбор материалов и технологии изготовления ферменной конструкции 359
7.3.3 Весовой анализ конструкции 361
7.4 Эффективность ферменных конструкций, полученных методом автоматизированной намотки : 363
7.4.1 Описание конструкций ферм двигательной установки и базисного блока [ 364
7.4.2 Технико-экономический анализ и основные показатели 370
7.4.2.1 Весовой анализ 370
7.4.2.2 Стоимостной анализ 373
7.5 Перспективы развития технологии изготовления стержневых элементов и многолучевых фитингов из композиционных материалов намоткой 376
Выводы по разделу 379
Основные выводы 381
Список используемых источников 386
Список основных научных трудов по теме диссертации... 416
Приложения 422
