Инновация в ракетостроении: композитный криобак


Новый композитный криобак весит на 30% меньше алюминиевого и стоит на 25% дешевле

Специалисты НАСА разработали и успешно испытали технологию, которая может существенно снизить вес ракет-носителей и, соответственно, увеличить их полезную нагрузку.

Речь идет о композитном криогенном баке – сосуде для хранения сжиженных компонентов ракетной топливной смеси. До сих пор криогенные баки изготавливали из металлов, поскольку ни один пластик или пластиковый композит не мог выдержать сочетание высокого давления, низкой температуры, сильной вибрации и перегрузок, характерных для эксплуатации баков ракет-носителей.

Тем не менее, инженерам и ученым из НАСА и компании Boeing удалось создать криобак, пригодный для использования в ракетах. Более того, криобак, полностью изготовленный из композиционных материалов, вероятно начнут устанавливать на американские ракету уже к концу этого десятилетия.

Небольшое опытный образец композитного топливного бака изготовлен Boeing по заказу и при финансировании НАСА. Прототип может вместить почти 8000 литров жидкого водорода при закачке в 3 этапа с температурным диапазоном: от комнатной температуры до температуры -217 градусов Цельсия.

25 июня в Центре космических полётов им. Маршалла начались пробные заправки 2,4-м композитного бака: он успешно выдержал 20 циклов заправки с 0 бар до давления 9,3 бар, Следующей весной начнутся испытания большей, 5,5-м, версии криобака, его подвергнут испытаниям на вибрацию, механические нагрузки, многократные скачки температуры и давления.

Пока проект создания криобака развивается очень успешно, и в НАСА уже видят огромные перспективы данной разработки. В частности композитные криобаки на 25% дешевле обычных алюминиево-литиевых, но главное: масса композитного бака как минимум на 30% меньше. Не нужно лишний раз говорить, что это существенная экономия массы, которая дает несколько тонн дополнительной полезной нагрузки для тяжелой ракеты вроде SLS.

Интересно, что криобак Boeing изготовлен из тонких слоев композитов, которые не требуют процесса отверждения при высокой температуре, и это резко снижает их стоимость. При этом, благодаря использованию тонких слоев композита, снижается риск развития микротрещин, которые приводят утечкам топлива или окислителя. Более того, множество тонких слоев не просто снижают проницаемость стенок бака для водорода (который известен своей летучестью), а полностью ее устраняет. Подобная технология пригодилась бы не только в космической технике, но и в авиа и автомобилестроении – для создания самолетов и автомобилей на водородном топливе. Сегодня хранение водорода представляет проблему: металлические баки дороги и тяжелы, к тому же водород настолько летуч, что проникает через большинство материалов, создавая крохотную, но в некоторых случаях все же опасную утечку.

Заметим, что в 1999 году эксперименты с композитными баками в НАСА закончились провалом: заправленный жидким водородом бак опытного аппарата X-33 расслоился и вышел из строя. Новый бак имеет другую внутреннюю структуру: не сотовую, а на основе крохотных трубок, и пока эта конструкция работает отлично.

Применение композитов в конструкциях пассажирских самолетов

Рост применения композитов в авиации, и прежде всего в военных самолетах в основном происходит за счет расширения объема их использовании в основных частях планера: хвостовом оперении, крыле, фюзеляже, для вертолетов важным направлением является использование композитов для производства приводных валов и лопастей главного и хвостового винта. Кроме того, они применяются для изготовления радиолокационных обтекателей, внутренних панелей, потолка, воздуховодов, топливных баков, брони для защиты команды и наиболее уязвимых частей самолета и вертолета и т.п.

Вместе с тем необходимо отметить, что внедрение композитов в несущие элементы конструкции самолетов, в особенности тяжелых гражданских, на первом этапе велось крайне осторожно, ограничиваясь в основном слабо- и средненагруженными деталями. Причина — недостаточная уверенность в эксплуатационной надежности новых материалов, связанная прежде всего с ограниченным объемом их экспериментальных исследований и натурных испытаний. Постепенное накопление экспериментальных данных об эксплуатационных свойствах композитов, а также опыта, в разработке и эксплуатации различного рода композитных конструкций и совершенствование методов контроля их качества привели к тому, что к настоящему времени существует большое число самолетов, таких как DC-10, «Боинг-727», -737, -747, -757, -767, А-310 и др., а также вертолетов: «Сикорски S-76», «Сикорски SH-53D и др., в конструкциях которых, в том числе и жизненоважных, были использованы

На рис. 21 в качестве примера приведены схемы применения композитов на самолета «Боинг-767». Общая масса агрегатов из композитов па самолете «Боинг-767″ составляет 1534,5 кг, что позволило снизить массу самолета на 813 кг. Другой пример — самолет MD -100 фирмы » Макдонелл- Дуглас», в конструкциях которого было использовано около 6950 кг композиционных материалов.

Рис. 21. Схема применения композиционных материалов в конструкции самолета Боинг-767: 1 — стенки лонжерона; 2 — панели фиксированные задние; 3 — интерцептор; 4 — элерон внутренний; 5 — законцовка киля; 6 — руль направления: 3 — руль высоты; 9 — облицовка грузового отсека; 10 — зализ крыла; 11 — обтекатель системы выпуска, закрылков; 12 -обшивки верхняя и нижняя крыла, стрингеры: 13 — элерон внешний; 14 — обшивка гондолы.

Изготовление пластиковых баков на заказ

Рассчитать стоимость → Контакты →

Занимаемся изготовлением пластиковых баков на заказ для любых целей, а также ремонтируем любые баки и бачки из полимеров.

В связи с применением современных сварочных технологий получаются прочные и надежные резервуары. Качество пластика и шва проверяется на нашем производстве неоднократно.

Самое популярное применение данных емкостей:

  • -Перевозка и хранение воды;
  • -Перевозка и хранение технических жидкостей, масел;
  • -Хранение пищевых продуктов;
  • -Дополнительные топливные баки для грузовых машин;
  • -Накопительные емкости для сбора жидкостей;
  • -Для сыпучих и агрессивных веществ;
  • -Хранилища воды для пожаротушения;

Абсолютная герметичность, легкий вес, длительное функционирование пластмассовых баков — отличные качества в наше время. При больших размерах необходимой емкости в случае невозможной доставки к месту установки, осуществляем выездные работы.

Выполнение резервуаров из пластика на территории заказчика значительно экономит время и финансы. Есть выезд мастера для снятия замеров на место установки баков.

Сварные пластиковые топливные баки на заказ

Баки топливные изготавливаются из листового первичного пластика с помощью экструзионной сварки. Выполним любые емкости на заказ из пластика, гарантируем удобство использования изделия и долговечность.

Возможны заключения договоров с организациями, сварим емкостное оборудование от единичных экземпляров до мелкосерийных партий. По техническому заданию от заказчика, установим любые входы, выходы. Дополнительно ввариваем фитинги, патрубки.

В зависимости от предназначения сварные пластиковые топливные баки на заказ сделаем из полиэтилена или полипропилена. Выбор материала не влияет на стоимость. Доступно изготовление крышек для любых баков, для септиков по размерам заказчика. Производим из первичных листов пищевого пластика.

Очень долговечны полимерные резервуары, используются не один десяток лет при должном уходе. Отсутствие запахов, и невосприимчивость к впитыванию жидкостей полимерными емкостями играет большую роль в работе с ними. Не страшны для пластиковой тары климатические перепад

Пластиковые баки универсальны, находят применение как в промышленности, так и в бытовых целях. Они химически стойкие и инертные, подойдут для любых накопительных нужд.

Дополнительная услуга от нашей мастерской — ремонты любых емкостных изделий, и срочный ремонт в день обращения. Заказывая у нас емкостные резервуары, получаете заманчивые цены, качественные изделия и дальнейшее выгодное сотрудничество.

Новости мира композитов и композитных структур. NASA и Boeing совместно изготавливают композитный ракетный топливный бак. Представлен видеоматериал

Композиты используются в разнообразных отраслях. Например, для реактивных истребителей, современных протезов или гоночных автомобилей. Благодаря их малому весу и высокой прочности, композиты используются при изготовлении большого многообразия конструкций, но если говорить об изделиях с действительно серьезными требованиями к материалам, космические корабли стоят на первом месте.

Топливные баки, «отвечающие» за запуск ракеты в космос, на протяжении десятилетий изготавливались из металла. Старт ракеты – процесс с очень большими нагрузками. Металл неплохо справляется с ними, но у него есть и недостатки. Вес.

Отправка каждого килограмма материала в космос стоит тысячи долларов, поэтому у композитов есть определенные преимущества перед традиционными материалами. Разрабатываемые топливные баки являются очень сложной конструкцией, достигающей 5,5 метров в диаметре. Такие размеры требуют тщательного продумывания.

Для изготовления такого гигантского элемента, инженеры NASA и Boeing объединили свои усилия. Dreamliner доказывает, что Boeing знает кое-что о композитах, а NASA, конечно, знает кое-что о космических исследованиях.

Топливный бак должен выдерживать экстремальные температурные условия и высочайшие давления. Бак будет испытан в близких к реальным условиях, чтобы оценить его пригодность к использованию в ракетах. В качестве топлива используется жидкий (криогенный) водород, который кипит при 20,271 К ( -252,879° C или -423,182° F).

Недавно изготовленный тестовый вариант бака был перевезен из центра по вопросам развития компании Boeing в штате Вашингтон в Marshall Space Flight Center NASA в штате Алабама для тестирования этим летом. Бак диаметром 5,5 метров сравним с нынешней металлической конструкцией, но превосходит своего предшественника, бак диаметром 2,4 метра.

Ожидается, что композитный топливный бак будет дешевле на 25% и легче на 30% по сравнению с нынешними конкурентными аналогами.

Хотя композиты уже довольно давно используются в космической промышленности, расширение их применения на такие важные компоненты, как топливные баки, показывает, что по-прежнему есть, куда стремиться.

На видео представлены некоторые этапы производства новых топливных баков для ракет.

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab® по материалам сайта Engineering.com.

Другие новости по этой теме на сайте FEA.ru:

20.03.2014 В NASA испытывают гигантский гусеничный транспортер Crawler-Transporter 2 (CT-2) грузоподъемностью 8 165 тонн, предназначенный для транспортировки гигантской ракеты-носителя Space Launch System (SLS) с новейшим кораблем Orion
04.02.2014 Новости мира композитов и композитных структур. NASA испытывает самолет будущего
28.11.2013 Выпущен первый Boeing 787-9 Dreamliner
25.08.2013 Специалисты разбираются с причинами пожара на борту Boeing 787 и ищут способы отремонтировать пострадавшие от огня композитные элементы
19.07.2013 NASA и компания Aerojet Rocketdyne провели испытания инжектора жидкостного ракетного двигателя, изготовленного с применением 3D-печати
20.02.2013 Мировой опыт управления научно-техническим прогрессом в авиастроении. Опыт NASA, ACARE (DLR, ONERA, NLR). Стратегии научно-технического развития и порядок выполнения НИОКР
16.01.2013 В США пройдет экспертиза Boeing 787 Dreamliner после серии выявленных при эксплуатации неполадок
11.01.2013 CompMechLab-HW-Review — HyperWorks OptiStruct. 1. Применение OptiStruct для оптимизации конструкций в аэрокосмической отрасли (Boeing; EADS / Airbus, Eurocopter)
01.12.2012 В рамках проекта Low-Density Supersonic Decelerator Project в NASA успешно прошли испытания перспективного надувного аэродинамического тормозного щита
17.08.2012 Проект NASA Mars Science Laboratory (MSL) осуществил успешную посадку на Марс современной мобильной лаборатории — марсохода Curiosity, созданного в лаборатории NASA – Jet Propulsion Laboratory с помощью CAD/CAM/CAE/PDM-систем Siemens PLM Software. Представлено видео, иллюстрирующее полет и посадку марсохода
12.08.2012 Boeing совместно со специалистами NASA провел первые летные испытания беспилотной модели перспективного самолета X-48C, создаваемого по схеме «смешанного крыла»
09.04.2012 NASA работает над новой уникальной конструкцией крыла для самолетов
28.03.2011 MD Adams был выбран для разработки вездехода для NASA
01.01.2011 NASA нашла способ снизить шумность самолетов

Рубрики: Мотоспорт

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *