Изогрид - Isogrid

Изосетка на внутренней стороне адаптера, соединяющего космический корабль Орион с ракетой Дельта IV для Разведывательные летные испытания 1

Изогрид представляет собой тип частично полой конструкции, образованной обычно из единой металлической пластины (или лицевой панели) с треугольными составными ребрами жесткости (часто называемыми стрингерами). Он был запатентован Макдоннелл Дуглас (теперь часть Боинг ).[1]Он очень легкий и жесткий.[2] По сравнению с другими материалами, его производство дорого, поэтому он ограничен применениями в космических полетах и ​​некоторыми особо важными частями более общего использования в аэрокосмической сфере.

Теория и дизайн

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

Изосеточные конструкции относятся к композит с сэндвич-структурой панели; оба могут быть смоделированы с использованием теория сэндвичей, который 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 до фланцы по сравнению с закрытыми листами и пенопластом или сотовыми конструкциями для сэндвич-конструкций.

Изосеточные конструкции представляют собой тонкую оболочку, армированную 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 при сохранении материала и, следовательно, веса. 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.

Аналогичным вариантом является Ортосетка (иногда называемый вафля сетка), который использует прямоугольный а не треугольные отверстия. Это не изотропно (имеет разные свойства под разными углами), но подходит для многих сценарии использования ну и проще в изготовлении.

Традиционно равносторонний треугольник был использован, потому что поддается упрощенному анализу.[5][6] Поскольку узор равностороннего треугольника имеет изотропные прочностные характеристики (без преимущественного направления), он был назван isoсетка.[5]

Производство

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

Композитные изометрии представляют собой конфигурации ребра-обшивки, 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

Изосетки на CST-100 сосуд под давлением

Панели Isogrid образуют самоупрочняющиеся конструкции, где важны низкий 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:

Рекомендации

  1. ^ Huybrechts, Steven M .; 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. Получено 10 января, 2020. 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 ПРОФИЛЕЙ (Кандидат наук). Докторские диссертации Университета Кентукки. Получено 10 января, 2020.
  3. ^ Патент США 4012549, Пол Слыш, "Высокопрочная композитная конструкция", опубликовано 10 октября 1974 г., опубликовано 15 марта 1977 г. 
  4. ^ Соррентино, L .; Marchetti, M .; Bellini, C .; Delfini, A .; Альбано, М. (20 мая 2016 г.). «Проектирование и изготовление изосеточной конструкции из композитного материала: результаты расчетов и экспериментов». Композитные конструкции. 143: 189–201. Дои:10.1016 / j.compstruct.2016.02.043. ISSN  0263-8223.
  5. ^ а б c d McDonnell Douglas Astronautics Company (февраль 1973 г.). Справочник по проектированию изосеток (PDF) (Технический отчет). НАСА. п. 1.0.002 (12/252). НАСА CR-124075. Получено 10 января, 2020.
  6. ^ Мейер, Р. Р.; Харвуд, О. П. (1 октября 1973 г.) [1973]. Справочник по проектированию изосеток. Центр космических полетов Маршалла. 19730000395.
  7. ^ Слыш, Пол. "Изогрид". В архиве из оригинала 24 марта 2012 г.. Получено 27 мая, 2011.
  8. ^ Хайбрехтс, Стивен; Трой Э. Мейнк; Питер М. Вегнер; Джефф М. Гэнли (2002). «Теория изготовления сложных решетчатых конструкций». Композиты Часть A: Прикладная наука и производство. Эльзевир. 33 (2): 155–161. Дои:10.1016 / S1359-835X (01) 00113-0. Получено 26 мая 2012.
  9. ^ Wegner, Peter M .; 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 по структурам, структурной динамике и материалам. Денвер, Колорадо.
  10. ^ Knighton, D. J. (1 сентября 1972 г.) [1972], Структура изосетки ракеты-носителя Delta NASTRAN analysis, Центр космических полетов Годдарда, HDL:2060/19720025227, заархивировано из оригинал 11 июня 2007 г.
  11. ^ «Атлас В 500 серия» (PDF). United Launch Alliance. Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-04-09. Получено 2016-06-06.
  12. ^ Кайл, Эд (26 января, 2014). «Прогресс в системе космических запусков НАСА и Орион». Отчет о космическом запуске. Получено 10 января, 2020. Ядро SLS от Boeing будет использовать алюминий AL-2219, обработанный изосетками
  13. ^ Янг, Энтони (23 июня 2014 г.). "Boeing показывает прогресс CST-100 в Космическом центре Кеннеди". Космический обзор. SpaceNews. Получено 25 октября 2017.
  14. ^ Вагнер, В. А. (1 мая 1974 г.) [1974], Металлические резервуары для жидких ракет и их компоненты (PDF), Исследовательский центр Льюиса НАСА, стр. 55–58, HDL:2060/19750004950, заархивировано из оригинал 22 ноября 1995 г.
  15. ^ Бруно, Тори [@torybruno] (20 апреля 2017 г.). «Пробная панель Orthogrid для топливного бака Vulcan Rocket. (Больше, чем кажется ...)» (Твитнуть). Получено 10 января, 2020 - через Twitter.

внешняя ссылка