stringtranslate.com

Изосетка

Изосетка на внутренней стороне адаптера, соединяющего космический корабль Orion с ракетой Delta IV для первого испытательного полета по разведке

Изорешетка — это тип частично полой структуры, обычно образованной из одной металлической пластины со встроенными треугольными стрингерами жесткости . Она была запатентована McDonnell Douglas (теперь часть Boeing ). [ нужен год ] [1] Изорешетки чрезвычайно легкие и жесткие. [2] По сравнению с другими материалами, она дорогая в производстве, поэтому ее применение ограничено космическими полетами и некоторыми аэрокосмическими приложениями. [ нужна цитата ]

Теория и дизайн

Вид сверху на изогридную панель
Поперечное сечение ребра жесткости полки изогрида [3]

Изорешетчатые конструкции связаны с композитными панелями сэндвич-структуры ; обе могут быть смоделированы с использованием теории сэндвича , которая описывает конструкции с разделенными жесткими лицевыми листами и более легким соединительным слоем. Изорешетчатые конструкции изготавливаются из отдельных листов материала и имеют крупномасштабные треугольные отверстия и открытую структуру фланцев , по сравнению с закрытыми листами и пенопластовыми или сотовыми конструкциями для композитных сэндвич-структур.

Изорешетчатые структуры состоят из тонкой оболочки, армированной решетчатой ​​структурой. Такие структуры приняты в авиационной промышленности, поскольку они представляют как структурное сопротивление, так и легкость. [4]

Треугольная структура очень эффективна, поскольку она сохраняет жесткость, экономя при этом материал и, следовательно, вес. [ требуется ссылка ] Термин «изосетка» используется потому, что структура действует как изотропный материал с одинаковыми свойствами, измеренными в любом направлении, а «сетка» относится к структуре листа и ребер жесткости. [ требуется ссылка ]

Похожий вариант — ортогрид (иногда называемый вафельной сеткой), в котором используются прямоугольные, а не треугольные отверстия. Он не изотропен (имеет разные свойства под разными углами), но хорошо подходит для многих вариантов использования и его проще изготовить.

Традиционно использовалась схема равностороннего треугольника , поскольку она поддавалась упрощенному анализу. [5] [6] Поскольку схема равностороннего треугольника имеет изотропные прочностные характеристики (без преимущественного направления), она была названа изогридной. [5]

Производство

Ребра жесткости изогрида обычно изготавливаются с одной стороны одного листа материала, например алюминия , с помощью фрезерного станка с ЧПУ . Толщина менее 0,04 дюйма (1,0 мм) может потребовать химических процессов фрезерования. [7]

Значительный толчок был сделан в сторону аддитивных технологий производства из-за снижения общих материальных и производственных затрат, а также высокой эффективности и точности при обеспечении контроля над такими параметрами, как пористость. Кроме того, простота изготовления прототипов для целей тестирования внесла огромный вклад. [8]

Композитные изогридные структуры представляют собой конфигурации ребра и оболочки, где по крайней мере часть ребра изготовлена ​​из материала, отличного от материала оболочки, композит собирается с помощью различных ручных или автоматизированных процессов. [9] Это может обеспечить чрезвычайно высокое соотношение прочности и веса. [10]

Использует

Изорешетки на сосуде высокого давления CST-100

Панели Isogrid образуют самоупрочненные конструкции, где важны малый вес, жесткость, прочность и устойчивость к повреждениям, например, в самолетах или космических аппаратах. Аэрокосмические конструкции isogrid включают кожухи полезной нагрузки и ускорители, которые должны выдерживать полный вес верхних ступеней и полезных грузов при высоких перегрузках. Их открытая конфигурация с одним герметичным листом, обращенным наружу, делает их особенно полезными для топливных баков ракет, где герметизация топлива внутри, но обеспечение его слива при использовании или обслуживании являются необходимыми характеристиками. [ необходима цитата ]

Примеры

Некоторые космические аппараты и ракеты-носители, в которых используются изогридные структуры, включают:

Ортогрид

Ортогрид (также известный как вафельная сетка) похож на изогрид, но имеет квадратный рисунок; примеры включают в себя:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Huybrechts, Steven M.; Hahn, Steven E.; Meink, Troy E. (5–9 июля 1999 г.). GRID STIFFENED STRUCTURES: A SURVEY OF FABRICATION, ANALYSIS AND DESIGN METHODS (PDF) . Труды Международной конференции по композитным материалам 1999 года. Париж, Франция . Получено 10 января 2020 г. . Корпорация McDonnell-Douglas (теперь часть компании Boeing) владеет патентными правами на разработку первой алюминиевой изосетки
  2. ^ Блэк, Джонатан Т. (2006). НОВЫЕ СВЕРХЛЕГКИЕ ЖЕСТКИЕ ПАНЕЛИ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ ПРОЕМОВ (PhD). Докторские диссертации Университета Кентукки . Получено 10 января 2020 г.
  3. ↑ Патент США 4012549, Пол Слиш, «Высокопрочная композитная конструкция», опубликован 10 октября 1974 г., выдан 15 марта 1977 г. 
  4. ^ Соррентино, Л.; Маркетти, М.; Беллини, К.; Дельфини, А.; Альбано, М. (2016-05-20). «Проектирование и изготовление изогридной структуры из композитного материала: численные и экспериментальные результаты». Композитные конструкции . 143 : 189–201. doi :10.1016/j.compstruct.2016.02.043. ISSN  0263-8223.
  5. ^ abcd McDonnell Douglas Astronautics Company (февраль 1973 г.). Isogrid Design Handbook (PDF) (Технический отчет). NASA. стр. 1.0.002 (12/252). NASA CR-124075 . Получено 10 января 2020 г. .
  6. ^ Мейер, Р. Р.; Харвуд, О. П. (1 октября 1973 г.) [1973]. Справочник по проектированию изосеток. Центр космических полетов им. Маршалла. 19730000395.
  7. ^ Слиш, Пол. "Изогрид". Архивировано из оригинала 24 марта 2012 г. Получено 27 мая 2011 г.
  8. ^ Трипати, Кукреджа, Мадан. «Эволюция в производстве сетчатых укрепленных конструкций с помощью CAM и аддитивных технологий». Research Gate .{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  9. ^ Хайбрехтс, Стивен; Трой Э. Мейнк; Питер М. Вегнер; Джефф М. Ганли (2002). «Теория производства для усовершенствованных сеточных жестких конструкций». Композиты Часть A: Прикладная наука и производство . 33 (2). Elsevier: 155–161. doi :10.1016/S1359-835X(01)00113-0. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Получено 26 мая 2012 г.
  10. ^ Вегнер, Питер М.; Хиггинс, Джон Э.; ВанВест, Барри П. (2002). «Применение передовой технологии сеточных конструкций с жесткостью к обтекателю полезной нагрузки Minotaur». 43-я конференция AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC по конструкциям, динамике конструкций и материалам . Денвер, штат Колорадо. Архивировано из оригинала 27 мая 2012 г.
  11. ^ Knighton, DJ (1 сентября 1972 г.) [1972], «Анализ структуры изорешетки ракеты-носителя Delta NASTRAN», Nastran: User's Experiences , Goddard Space Flight Center, hdl :2060/19720025227, архивировано из оригинала 29 января 2021 г. , извлечено 7 июля 2017 г.{{citation}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  12. ^ "Atlas V 500 series" (PDF) . United Launch Alliance. Архивировано из оригинала (PDF) 2016-04-09 . Получено 2016-06-06 .
  13. ^ Кайл, Эд (26 января 2014 г.). «Прогресс в области космической системы запуска NASA и Orion». Отчет о космическом запуске . Архивировано из оригинала 4 апреля 2014 г. Получено 10 января 2020 г. В ядре SLS компании Boeing будет использоваться алюминий AL-2219, обработанный с помощью изорешеток{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  14. ↑ Янг, Энтони (23 июня 2014 г.). «Boeing демонстрирует прогресс CST-100 в Космическом центре Кеннеди». The Space Review . SpaceNews . Получено 25 октября 2017 г. .
  15. ↑ Редактор, SpaceRef (2010-10-05). "Обновление SpaceX: демонстрационный полет COTS 1 (с фотографиями)". SpaceRef . Получено 2022-11-03 . {{cite web}}: |last=имеет общее название ( помощь )
  16. ^ Wagner, WA (1 мая 1974 г.) [1974], Жидкостные ракетные металлические баки и компоненты баков, NASA Lewis Research Center, стр. 55–58, hdl :2060/19750004950, архивировано из оригинала 30 января 2021 г. , извлечено 26 ноября 2019 г.{{citation}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  17. ^ Бруно, Тори [@torybruno] (20 апреля 2017 г.). «Пробная панель Orthogrid для топливного бака ракеты Vulcan. (Больше, чем кажется...)» ( Твит ) . Получено 10 января 2020 г. – через Twitter .

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Isogrid .