26.Изготовление и испытания трубопроводов и солнечных батарей ка. Изготовление и испытания трубопроводов.

В конструкциях РН и КА широко применяются трубопроводы, требования к которым следующие: прочность, жесткость, герметичность, коррозионная стойкость, стойкость при криогенных температурах, надежность. Материалами для трубопроводов являются алюминиевые и титановые сплавы, нержавеющие и жаропрочные стали, сплавы на основе никеля, иногда цветные сплавы (латунь, бронза).

По конфигурации трубопроводы делятся на прямые, криволинейные в одной плоскости и криволинейные в двух или трех плоскостях. Они могут быть простыми, состоящими из одного трубопровода, и составными, собираемыми из нескольких трубопроводов, с разъемными и неразъемными соединениями. Разъемные соединения могут быть резьбовыми или замковыми. Неразъемные соединения - сварные.

Общая схема изготовления трубопровода зависит от вида исходной заготовки. Наиболее распространенными видами заготовок для трубопроводов являются металлические бесшовные стандартные трубы и листовые заготовки.

Cхема изготовления трубопроводов из труб состоит из следующих этапов: отрезка труб по заданной длине, зачистка заусенцев, гибка, испытания, промывка, сушка, консервация.

Отрезка труб заданной длины осуществляется дисковыми пилами, которые позволяют получать как прямые, так и косые торцы. Методом отрезки труб также является отрезка их абразивными кругами, что обеспечивает более высокую точность и меньшие заусенцы. Отрезку труб также производят на токарных станках резцами, что дает хорошую точность и качество торцов, но низкую производительность. В серийном производстве применяют специальные трубоотрезные станки, которые позволяют отрезать трубы диаметром до 280 мм с высокой точностью, отсутствием заусенцев и деформаций даже у тонкостенных труб.

Если в стенках трубопроводов имеются различные окна, прорези, пазы, то их изготовление производится до гибки, когда они остаются на прямолинейной части трубы, а в случае крупных окон, попадающих в криволинейную часть трубы – после гибки. В мелкосерийном производстве изготовление их осуществляется на фрезерных станках пальцевыми или дисковыми фрезами. При больших объемах выпуска прорези могут выполняться в штампах.

Сложность гибки заключается в том, что ее режимы и условия подбираются экспериментально в зависимости от свойств материала, размеров трубопровода, радиуса гибки. При гибке возможно появление следующих отрицательных явлений: наружная стенка утоняется, а внутренняя утолщается; на внутренней стенке возможно появление складок; круглое сечение трубы приобретает овальную форму.

Для избежания дефектов, гибку производят с различными наполнителями: кварцевый песок; замороженная вода; для алюминиевых труб применяют парафин. Иногда трубы гнут с внутренним гидронагружением, когда один конец трубы заглушается, а другой заполняется жидкостью или маслом под давлением.

Другим путем, позволяющим избежать дефектов гибки или уменьшить их, является местный нагрев изгибаемого участка трубы, например, пламенем газовой горелки.

К трубопроводам присоединяют более мелкие детали, которые называют деталями арматуры – это штуцера, патрубки, фланцы. Сами детали арматуры изготавливают обработкой на станках. Их соединение с трубопроводами производят сваркой, используют приспособления для фиксации и базирования свариваемых деталей. Аналогично производится сварка трубопроводов друг с другом. После сварки швы зачищаются, отжигаются и подвергаются контролю неразрушающими методами (рентген, ультразвук).

Схема изготовления трубопроводов из листа следующая: разметка листа, вырезка заготовок; изгиб заготовок; сварка трубопровода; зачистка швов; промывка и сушка; контроль и испытания.

Особую группу трубопроводов составляют тоннельные трубопроводы, служащие для подачи одного компонента топлива через бак с другим компонентом. Главной особенностью тоннельной трубы является наличие ряда кольцевых рифтов (волнообразных складок) по длине тоннельной трубы для компенсации возможных деформаций. Материалы для тоннельных труб те же, что и для обычных труб.

Заготовками для тоннельных труб чаще всего являются листы. Схема изготовления состоит из следующих этапов: раскрой заготовки из листа по шаблону; деформация заготовки в трубу с образованием рифтов; механическая обработка кромок под сварку; сварка продольного шва; зачистка и отжиг сварных швов; контроль и испытания.

К трубопроводам также относят сильфоны (гибкие трубопроводы), представляющие собой тонкостенные цилиндрические или конические металлические оболочки с поперечными волнообразными складками на поверхности - гофрами, благодаря которым сильфоны имеют возможность в определенных пределах изменять длину и изгибаться.

Сильфоны применяют для:

1) соединения жестких трубопроводов, имеющих угловое и осевое смещение,

2) температурной компенсации (расширение или сжатие трубопроводов),

3) устранения монтажных напряжений (внутренних сил) при сборке,

4) демпфирования (гашения) вибраций и колебаний,

5) в качестве упругих элементов, реагирующих на изменение давлений или сил,

6) для подвижных соединений трубопроводов.

Материалы для сильфонов должны обладать высокой пластичностью, позволяющей получать гофры; достаточной прочностью и упругостью при низких и высоких температурах; устойчивостью против агрессивных компонентов топлива; усталостной прочностью для работы в условиях изгибов и вибрации; хорошей свариваемостью.

Наиболее распространенным материалом для сильфонов РН и КА является закаленная нержавеющая сталь, обладающая всеми вышеперечисленными свойствами. Сильфоны из этой стали могут работать в интервале температур от -194 до 400 град.С. Распространенным материалом для сильфонов является также латунь, которая может работать в интервале температур от -60 до 100 град.С. Для изготовления сильфонов применяются также титановые и алюминиевые сплавы.

Заготовками для сильфонов служат тонкостенные бесшовные трубы. Формообразование гофров производится раскаткой трубы роликами, при которой металл течет как внутрь, так и наружу трубы. После формообразования гофров сильфоны проходят отжиг, механическую обработку торцов и кромок, промывку, сушку.

Методы соединения сильфонов с арматурой: механическое (винтовое) соединение, скрепление бандажами (кольцами), соединение сваркой.

Контроль и испытания трубопроводов и сильфонов.

Проводится визуальный осмотр трубопроводов и сильфонов, на поверхности которых не должно быть трещин, вмятин и других дефектов. Контроль геометрических размеров производится измерительным инструментом а также шаблонами. Контроль качества сварки производится методами рентгеновского и ультразвукового контроля.

Испытания на статическую прочность проводятся гидравлическим методом, аналогично бакам, но давление испытания в трубопроводах в два раза выше рабочего. Часть трубопроводов от партии испытывается до разрушения. Динамические испытания трубопроводов и сильфонов включают вибрационные испытания в трех плоскостях с заданными перегрузками (до 60-70g) и с заданным спектром частот (от 5 до 100 Гц). При динамических испытаниях часть трубопроводов испытывается до разрушения (испытания на долговечность).

Прочностные испытания предшествуют испытаниям на герметичность, которые проводятся или методом аквариума (пузырьки воздуха в воде через негерметичные места), или методом избыточных давлений с гелиевыми смесями с применением течеискателей. После испытаний трубопроводы подвергаются очистке, промывке, сушке. Для сильфонов определяют жесткость, когда сильфон, закрепленный в приспособлении, сжимается, а деформация его фиксируется.

Изготовление и испытания солнечных батарей КА.

Солнечные батареи (СБ) в настоящее время являются самым распространенным бортовым источником электроэнергии для КА. Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) СБ преобразуют солнечную энергию в электрическую. Пластины ФЭП делают из кремния, или галлия, или кадмия. ФЭП из кадмия могут быть в виде гибких пленок, из кремния и галлия – в виде жестких пластин размером в несколько см².

Наиболее широкое распространение получили СБ панельного типа. Они состоят из нескольких шарнирно соединенных жестких панелей, каждая из которых представляет собой легкий металлический каркас с натянутой капроновой сеткой. К сетке крепятся пластины ФЭП и провода токоотводов. Панельные СБ могут быть сделаны из пластиковых трехслойных панелей, на одну из сторон которой наклеены ФЭП. Трехслойная панель – пакет из двух тонких пластиковых обшивок, между которыми соты.

Панельные СБ, и каркасные, и трехслойные, в сложенном положении похожи на «шпаргалку-гармошку». По углам панелей в местах шарнирного соединения имеются детали, фиксирующие панели как в сложенном, так и в раскрытом положениях.

Рулонные СБ собираются на гибкой пластмассовой подложке и выводятся на орбиту в виде рулонов. В космосе рулонная СБ разворачивается с помощью раскрывающихся жестких конструкций.

СБ, собранные на корпусе КА – ФЭП наклеены снаружи на корпус КА, половина из них будет в тени, половина - на солнце, такие СБ выгодно применять при продольной закрутки КА для его стабилизации - КА вращается вокруг своей продольной оси и периодически освещаются все ФЭП.

СБ при полном освещении их Солнцем вырабатывают мощность около 100 Вт/м². У СБ есть преимущества и недостатки.

Преимущества СБ:

1) относительная простота и компактность конструкции в сложенном состоянии,

2) безопасность эксплуатации,

3) длительный срок работы (до нескольких лет),

4) сравнительно высокий коэффициент полезного действия (КПД) преобразования (10 % и выше),

5) высокая удельная мощность (мощность, отнесенная к массе СБ), доходящая до 100-130 Вт/кг,

6) относительная малая чувствительность к направлению падающего светового потока.

Недостатки СБ:

а) СБ работают только на освещенной части космической орбиты, а в тени Земли СБ не работают, а используются аккумуляторные батареи, которые подзаряжаются от СБ,

б) снижение мощности под действием солнечного и космического излучения, и микрометеорной эрозии после нескольких лет работы,

в) отрицательное влияние резкого перепада температур – нагрев на освещенной части орбиты и охлаждение на теневом участке,

г) относительно высокая стоимость из-за дорогих материалов, из-за большой трудоемкости изготовления, сборки и испытаний СБ.

Основными элементами панельных СБ являются:

а) панели каркасного типа,

б) механизмы раскрытия панелей после выхода КА на орбиту,

в) ФЭП, смонтированные на панелях через подложку и соединенные в параллельно-последовательные электроцепи.

Количество панелей каркасного типа в СБ доходит до 4-8 и более. Материалом для каркасных панелей служат алюминиевые сплавы. Заготовками являются стандартные профили. К каркасу панелей привариваются или приклепываются различные кронштейны и фитинги, которые изготовляются механической обработкой на станках.

Сборка каркасных панелей производится в следующем порядке:

1) Входной контроль готовых профилей, кронштейнов и фитингов.

2) Сварка профилей в каркас в приспособлении, куда устанавливаются детали, фиксируются струбцинами и свариваются.

3) После зачистки швов и контроля качества сварки каркас поступает на отжиг.

4) Присоединение сваркой, клепкой или винтовыми соединениями кронштейнов и фитингов. Детали устанавливаются в приспособлении для базирования и фиксации и затем соединяются.

5) Производится установка поддерживающих струн (натянутая проволока).

6) Наносят грунтовку, выполняют окраску эмалью, производят сушку, наносят смазку.

7) Производится сборка с сеткой с ФЭП, выполняются монтажные работы.

8) Собранная панель отправляется на испытания и проверку функционирования.

Испытания СБ.

Для СБ установлены три вида испытаний:

1) приемо-сдаточные,

2) типовые,

Приемо-сдаточные испытания.

Приемо-сдаточные испытания проводятся после сборки всей панели для каждого комплекта. В эту программу входят следующие работы:

а) контроль размеров, правильности монтажа частей, целостности изоляции, массы;

б) проверка раскрытия, точности вращения в обезвешенном состоянии, которое обеспечивается тросиками, идущими вверх;

в) проверка работоспособности панелей на раскрытие и фиксацию в рабочем положении с одновременной проверкой времени раскрытия, сопротивления изоляции, целостности электроцепей, работы ФЭП.

При приемо-сдаточных испытаниях допускаются регулировочные работы. Электрические параметры СБ проверяются во время автономных испытаний собранных КА.

Типовые испытания.

Типовые испытания проводятся на стенде, имитирующем установку СБ на КА. В программу испытаний входят:

1) испытания на работоспособность,

2) испытания на имитацию наземной транспортировки,

4) динамические ударные испытания на перегрузку,

5) виброиспытания со сложенными и раскрытыми панелями,

6) испытания на воздействие повышенных (до 140 град.С) и пониженных (до -160 град.С) температур,

7) испытания на ресурс (30-50-и кратные раскрытие и складывание панелей СБ).

Испытания заканчиваются внешним осмотром и контролем электрических цепей.