Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Изогрид на внутренней стороне адаптера, соединяющего космический корабль Орион с ракетой Дельта IV для исследовательского полета 1.

Isogrid - это тип частично пустотелой конструкции, образованной обычно из единой металлической пластины (или лицевой панели) с треугольными составными ребрами жесткости (часто называемыми стрингерами). Он был запатентован McDonnell Douglas (ныне часть Boeing ). [1] Он очень легкий и жесткий. [2] По сравнению с другими материалами, он является дорогостоящим в производстве, поэтому его применение ограничено космическими полетами и некоторыми особо важными частями более общего использования в аэрокосмической сфере.

Теория и дизайн [ править ]

Вид сверху на панель isogrid
Поперечное сечение ребра жесткости полки из решетки [3]

Изосеточные конструкции относятся к композитным панелям с сэндвич-структурой ; оба могут быть смоделированы с использованием теории сэндвичей , которая описывает структуры с отдельными жесткими лицевыми панелями и более легким соединительным слоем. Изосетки изготавливаются из отдельных листов материала с крупномасштабными треугольными отверстиями и открытым рисунком на фланцах по сравнению с закрытыми листами и пенопластом или сотовыми структурами для многослойных композитных конструкций.

Изосеточные конструкции представляют собой тонкую обшивку, усиленную решетчатой ​​структурой. Такие конструкции используются в авиационной промышленности, поскольку они обладают как структурной прочностью, так и легкостью. [4]

Треугольный узор очень эффективен, поскольку сохраняет жесткость, экономя материал и, следовательно, вес. Термин изосетка используется потому, что структура действует как изотропный материал с одинаковыми свойствами, измеренными в любом направлении, и сетка, относящаяся к структуре листа и ребер жесткости.

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 случаев использования и его легче производить.

Традиционно использовалась модель равностороннего треугольника, потому что она поддалась упрощенному анализу. [5] [6] Поскольку узор равностороннего треугольника имеет изотропные прочностные характеристики (без предпочтительного направления), он был назван изо- сеткой. [5]

Производство [ править ]

Ребра жесткости изосетки обычно обрабатываются с одной стороны одного листа материала, такого как алюминий, на фрезерном станке с ЧПУ. Для толщины менее 0,040 дюйма (1,0 мм ) может потребоваться химическое измельчение . [7]

Композитные изометрии представляют собой конфигурации ребер-обшивка, где, по крайней мере, часть ребра представляет собой материал, отличный от обшивки, композит собирается с помощью различных ручных или автоматизированных процессов. [8] Это может дать чрезвычайно высокое соотношение прочности и веса. [9]

Использует [ редактировать ]

Изосетки на сосуде высокого давления CST-100

Панели Isogrid образуют самоупрочняющиеся конструкции, где важны малый вес, жесткость, прочность и устойчивость к повреждениям, например, в самолетах или космических аппаратах. Конструкции изосеток для аэрокосмической отрасли включают кожухи полезной нагрузки и ускорители, которые должны выдерживать полный вес разгонных ступеней и полезной нагрузки при высоких перегрузках. Их открытая конфигурация с одним герметичным листом, обращенным наружу, делает их особенно полезными для топливных баков для ракет, где герметизация пороха, но возможность его утечки при использовании или обслуживании является необходимыми особенностями.

Некоторые космические аппараты и ракеты-носители, в которых используются изосеточные конструкции, включают:

  • Дельта семья [5] [10]
  • Атлас семья [11]
  • Модуль орбитальной мастерской космической станции "Скайлаб" [5]
  • SLS Core Stage [12]
  • CST-100 Starliner [13]
  • Spacex Crew Dragon
  • Ортосетки (вафельные решетки с квадратным рисунком) использовались в баках ракет « Сатурн » из-за более низкой стоимости и простоты изготовления [14]
  • Ортосетки также планируются для ракеты Вулкан . [15]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Huybrechts, Стивен М .; Hahn, Steven E .; Мейнк, Трой Э. (5–9 июля 1999 г.). СЕТЕВЫЕ СТРУКТУРЫ: ОБЗОР ИЗГОТОВЛЕНИЯ, АНАЛИЗ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ (PDF) . Материалы Международной конференции по композитным материалам 1999 г. Париж, Франция . Проверено 10 января 2020 года . Корпорация McDonnell-Douglas (ныне часть The Boeing Company) владеет патентными правами на разработку первой алюминиевой изосетки.
  2. ^ Черный, Джонатан Т. (2006). НОВЫЕ УЛЬТРАЛЛЕГКИЕ ЖЕСТКИЕ ПАНЕЛИ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АПЕРТУР (PhD). Докторские диссертации Университета Кентукки . Проверено 10 января 2020 года .
  3. ^ Патент США 4012549 , Пол Слыш, «Высокая прочность композитная структура», опубликованная 10 октября 1974, выпущенная 15 марта 1977 
  4. ^ Соррентино, L .; Marchetti, M .; Bellini, C .; Delfini, A .; Альбано, М. (20 мая 2016 г.). «Проектирование и изготовление изосеточной конструкции в композитном материале: численные и экспериментальные результаты». Композитные конструкции . 143 : 189–201. DOI : 10.1016 / j.compstruct.2016.02.043 . ISSN 0263-8223 . 
  5. ^ а б в г McDonnell Douglas Astronautics Company (февраль 1973 г.). Справочник по проектированию изосеток (PDF) (Технический отчет). НАСА. п. 1.0.002 (12/252). НАСА CR-124075 . Проверено 10 января 2020 года .
  6. ^ Мейер, Р. Р.; Харвуд, ОП (1 октября 1973 г.) [1973]. Справочник по проектированию изосеток . Центр космических полетов Маршалла. 19730000395.
  7. ^ Слыш, Пол. «Изогрид» . Архивировано 24 марта 2012 года . Проверено 27 мая 2011 года .
  8. ^ Хайбрехтс, Стивен; Трой Э. Мейнк; Питер М. Вегнер; Джефф М. Гэнли (2002). «Теория изготовления сложных решетчатых конструкций жесткости» . Композиты Часть A: Прикладная наука и производство . Эльзевир. 33 (2): 155–161. DOI : 10.1016 / S1359-835X (01) 00113-0 . Проверено 26 мая 2012 года .
  9. ^ Вегнер, Питер М .; Хиггинс, Джон Э .; ВанВест, Барри П. (2002). «Применение усовершенствованной технологии решетчатых конструкций к обтекателю полезной нагрузки Minotaur» . 43-я конференция AIAA / ASME / ASCE / AHS / ASC «Структуры, структурная динамика и материалы» . Денвер, Колорадо.
  10. ↑ Knighton, DJ (1 сентября 1972 г.) [1972 г.], Изометрическая структура ракеты-носителя Delta, анализ NASTRAN , Центр космических полетов Годдарда, hdl : 2060/19720025227 , заархивировано из оригинала 11 июня 2007 г.
  11. ^ "Атлас V 500 серии" (PDF) . United Launch Alliance. Архивировано из оригинального (PDF) 09 апреля 2016 года . Проверено 6 июня 2016 .
  12. ↑ Кайл, Эд (26 января 2014 г.). «Прогресс в системе космического запуска НАСА и Орион» . Отчет о космическом запуске . Проверено 10 января 2020 года . Ядро SLS от Boeing будет использовать алюминий AL-2219, обработанный изосетками
  13. ↑ Янг, Энтони (23 июня 2014 г.). «Боинг показывает прогресс CST-100 в Космическом центре Кеннеди» . Космическое обозрение . SpaceNews . Проверено 25 октября 2017 года .
  14. ^ Вагнер, штат Вашингтон (1 май 1974) [1974], Жидкостные ракетные металлические резервуары и компоненты танковых (PDF) , NASA Lewis Research Center, С. 55-58,. ЛВП : 2060/19750004950 , архивируются с оригинала на 22 ноября, 1995 г.
  15. ^ Бруно, тори [@torybruno] (20 апреля 2017). «Пробная панель Orthogrid для топливного бака Vulcan Rocket. (Больше, чем кажется ...)» (Твит) . Проверено 10 января 2020 г. - через Twitter .

Внешние ссылки [ править ]

  • Моделирование изрешеточных пластин, доктор Вильям Кейс, 1997 г.
  • Справочник по проектированию изосеток, NASA CR-124075, McDonnell Douglas, 1973
  • Композитные конструкции с усиленной сеткой
  • Изогрид - Инструменты для конструкций из оболочек, 1990
  • Четверть изосетки, используемая в строительстве досок для серфинга