Отзывы оппонентов (Расчетно-экспериментальные методы исследования прочности трансформируемых модулей орбитальных станций при воздействии осколочно-метеороидной среды)

В диссертационный совет Д 212.125Л)5 при ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» 125993, г. Москва, А-80, ГСП-З, Волоколамское шоссе, д. 4 официального оппонента на диссертационную работу 1 олденко Натальи Александровны «Расчетно-экспериментальные методь| исследования прочности трансформируемых модулей орбитальных станций при воздействии осколочно-метеороидной среды», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности О! .02.06 — «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры» Многолетний успешный опыт эксплуатации космических станций Россией, США, Японией, Францией и др.

странами показывает, что габаритный размер выводимых объектов ограничен возможностями современных РН тяжелого класса, в связи с чем, в последние годы возрос интерес к проектированию трансформируемых орбитальных модулей (ТОМ) изменяемого объема, позволяющих достичь значительного выигрыша в объемах внутреннего пространства. Основная концепция создания ТОМ Тгапв НаЬ разработана в 90-х годах прошлого века инженерами МАЗА, затем компанией В!не!ой' Аеговрасе созданы два надувных ТОМ бепез1з! и бепезЬ 11, а в 2016 году для отработки и проведения натурных испытаний был создан и успешно введен в эксплуатацию ТОМ ВЕАМ для международной космической станции 1МКС).

Аналогичная задача реализуется в соответствии с планами развития Федеральной космической программы России до 2030 года ПАО «РКК «Энергия» имени С.11. Королева», где проработан прототип системы ТОМ с обитаемыми отсеками и создан макет многослойной трансформируемой оболочки, состоящей из терм9«регулирующих ''' Ф'' ' ~ф" д- . 4"..: слоев, слоев микрометеоритной защиты, удерживающих слоев, герметизируюших В силу постоянного увеличения доли микрометеоритных частиц и малого космического мусора на орбитах полета МКС ключевую роль играет выбор и обоснование гибкой микрометеоритной защиты ТОМ стойкой к удару частиц массой от долей грамм до грамм при скоростях до 15 кмис, Из-за высоких скоростей полета и необходимости применения гибкой защиты, в отличие от классической схемы с набором щитов «%Ырр1е» и слоев арамидной ткани или слоев из ткани «Хех1е1», расчетно-экспериментальное обоснование схемы микрометеоритной защиты является трудоемкой, важной и актуальной задачей.

Диссертационная работа Голденко Н.А., как раз и посвящена разработке расчетно-экспериментальных методов исследования прочности трансформируемых модулей орбитальных станций при воздействии осколочнометеороидной среды и включает в себя детальные исследования процессов моделирования соударения частиц при высоких скоростях полета с помощью специализированного коммерческого программного продукта А11ТООЪ М, а также параметрическое моделирование и постановку экспериментальных исследований высокоскоростного удара с помощью взрывного метального устройства, В связи с этим, диссертационная работа Голденко И.А.

представляет научный интерес и практическую значимость, а тема работы актуальна. Диссертационная работа Голденко Н.А. вьпюлнена на 169 страницах, содержит 153 рисунка и 24 таблицы, состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы, включающего 130 Во введении приведена актуальность и общая структура диссертационной раооты, ~ф~рму~~ро~а~а цель и зада~и работы, выделена степень разработанности темы, научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, представлена методология и методы исследований. В первой главе приведены данные по конструктивным особенностям ТОМ, приведена структура и ~ос~а~ Слоев мно~ ослойнОЙ Оболочки, даны требовла~~~ к конструкции многослойной трансформируемой гибкой оболочки ТОМ. Представлены сОвременные подходы и модели для анализа и монитОринга осколочно-метеороидной обстановки на разных типах орбит.

Даны характерис*ики воздеЙСт~ия ударов частиц на космически~ аппараты приведены физи~е~к~е пр~~ц~~~ ~~щи~ы ~~~мич~ски~ аппарата. С~и~~а~елем представлен детальный обзорно-аналитический раздел, посвященный существующим стендам, схемам, методам имитации воздействия осколочнометеороидной среды при наземной экспериментальной отработке микрометеоритной защиты космических аппаратов. Представлены данные исследования метания компактных частиц с помощью кумулятивных облицовок типа «полусфера-цилиндр».

В качестве небольшого замечания можно отметить отсутствие анализа применения разных типов тканых материалов на основе неорганических волокон для построения микрометеоритной защиты оболочки ТОМ. Во второй главе Голденко Н.А. предложен метод оценки прочности оболочки ТОМ при высокоскоростном ударе идеальной сферической частицы. Метод расчета прочности защиты оболочки ТОМ состоит из двух этапов. На первом этапе выполняется численное моделирование высокоскоростного воздействия частицы на многослойную защиту корпуса трансформируемого модуля в специализированном коммерческом программном продукту Л1Л О1ЭЪ'Х, где определяется нагрузка со стороны разрушенных элементов частицы и слоев оболочки на герметизирующие слои ТОМ.

Из-за того, что характерное время взаимодействия о~колков с газодержащей ОоолочкоЙ мало по Сравнению характерным периодом ее колебаний, то соискатель вводит допущение о не зависимОсти От времени нагрузки и мОделирОвания нагружения герметизирующих слоев распределенным удельным импульсом, локализованным в области воздействия частиц, которая мала по сравнению с габаритными размерами всей оболочки. На втором этапе производятся расчеты напряженно- деформировашюго состояния герметизируюших слоев ТОМ, нагруженных л~~ализованноЙ импульсной нагрузкой, на Основании которых делается заключение о их прочности и в случае необходимости усиления пугем введения дополнительных защитных слоев, В главе приведены результаты эксперимента по воздействию удару частицы диаметром 10,3 мм при скорости 6,76 км/с на многослойную стенку корпуса трансформируемого модуля с встроенной экранной защитой, которые позволили осуществить верификацию методики расчета в программном комплексе А4Л'ОРУТ (АХ$У$) с использованием трех подходов; метода ЬРН (сглаженных частиц), конечно-элементной модели ~метод Лагранжа), конечно-элементной модели (метод Лагранжа) с искусственной эрозией.

Даны результаты экспериментов и численного моделирования воздействия частицы на слои оболочки ТОМ, которые позволили уточнить используемые математические модели для корректною деформирования и разрушения материала слоев с учетом эксперимента. Представлены результаты начального численного моделирования перед испытанием и моделирование эксперимента„ пОсле его проведения и устанОвленО, чтО принятые расчетные схемы и методы расчета в программном комплексе А1)ТООУХ позволяют с достаточно высокой точностью моделировать процесс пробоя и согласование расчета с экспериментом происходит на всех экранах, кроме третьего защитного экрана, что обусловлено неопределенностью в ряде характеристик пенополиуретана.

Ц рассмотренном соискателем эксперименте высокоскоростною соударения частицы с встроенной защитой трансформируемого модуля запас прочности для герметизирующих слоев ТОМ составил 3,79. Представлены результаты исследования энергетических характеристик продуктов разрушения частиц на элементах встроенной защиты оболочки ТОМ. Соискателем проведены параметрические расчеты по влиянию расстояния между экранами, схемой распределения слоев ткани в экранах трансформируемой защиты на прочность оболочки ТОМ при высокоскоростном ударе.

На основе даиных расчетоВ ВыДаны рекоменДации по Выбору конструктивноЙ схемы встроенной трансформируемой защиты и определено, что рациональная конструкция микрометеоритной защиты должна содержать следующее распределение слоев ткани: 1 экран — 3 слоев, 2 экран — 12 слоев„ 3 экран — 3 слоев, что приведет к снижению скорости подлета к герметизирующим слоям осколков частиц на 33,2~~0~ по сравнению с исходным вариантом. Определено, что математическое моделирование позволяет существенно снизить временные затраты на подготовку и обоснование экспериментальных исследований по выбору схем и материалов микрометеоритной защи~~ при высокоскоростном ударе твердых частиц. Полученные на основе параметрического моделирования рекомендации по выбору конструктивной схемы встроенной трансформируемой защиты, а также метод расчета прочности гермооболочек перспективных трансформируемых модулей с многослойной встроенной защитой обладают важной практической значимостью.

Установленная зависимость величины поглощения энергии статистически значимой частицей космического мусора 1из алюминия, диаметр 10 мм, скорость 7 км/с) от структуры отечественной многослойной встроенной экранной защиты ТОМ является научной новизной. В третьей главе представлены результаты большой расчетной и экспериментальной работы по разработке метода исследования прочности с использованием взрывно~~ метательного устройства с п~~~ан~вк~й и прогнозированием режимов„обеспечивающих метание компактных алюминиевых частиц в диапазоне скоростей от 7,0 до 11,0 км/с, для имитации высокоскоростного удара и выбора микрометеоритной защиты ТОМ. Б главе соискателем представлены детальные результаты весьма трудоемких расчетов по обоснованию наилучшего способа отсечки низкоскоростной ~асти кумулятивной струи: отсечка с по~ощью несимметричного выхода ударной волны на поверхность формирователя с кумулятивной выемкой, с помощью биметаллической шайбы, с помощью замка и с помощью сминаемой трубки.

Показано, что использование биметаллического формирователя обеспечивает надежную отсечку низкоскоростной части алюминиевой струи и стабильность испытательных режимов. Получены результаты исследования влияния следующих конструктивных параметров взрывного метательного устройства на скорость и размеры метаемого элемента: материала формирователя, типа взрывчатого вещества, способов инициирования заряда взрывчатого вещества 1точечная детонация и кольцевая детонация), толщины формирователя. длины цилиндрической части кумулятивной выемки в формирователе, толщин корпуса и прокладки под заряд для дискретного варьирования скорости между зарядом и формирователем, габаритных размеров взрывного метательного устройства.