Концепція оптимізації конструктивно-технологічних параметрів композитних агрегатів ракетно-космічної техніки з урахуванням особливостей їх виробництва
Рубрика:
| Кондратьєв, АВ |
| Косм. наука технол. 2020, 26 ;(6):005-022 |
| https://doi.org/10.15407/knit2020.06.005 |
| Мова публікації: Українська |
Анотація: Розроблено концепцію оптимізації та проектний комплекс, який її реалізує шляхом вибору раціональних конструктивно-технологічних параметрів агрегатів ракетно-космічної техніки з полімерних композиційних матеріалів при різнорідному навантаженні з урахуванням сучасного рівня виробництва. Концепція включає п'ять взаємозв'язаних складових: проектування, технологію виробництва, експлуатацію, екологію і безпеку виробничої життєдіяльності. На прикладі технологічної складової проблеми проведено аналіз можливих критеріальних оцінок оптимізації. Проведено декомпозицію загальної задачі оптимізації конструктивно-технологічних параметрів композитних агрегатів ракетно-космічної техніки на ряд типових, що відповідають основним типам конструкцій розглянутого класу техніки: несучі відсіки ракет-носіїв та прецизійні конструкції космічних апаратів.
Запропоновано комплексний підхід до оптимального проектування несучих відсіків головного блоку ракет-носіїв різних конструктивно-силових схем. Відмінною рисою підходу є можливість багатофакторної оптимізації параметрів агрегатів розглянутого класу при забезпеченні регламентованої несучої спроможності при одночасному силовому і тепловому навантаженні з урахуванням технологічних, експлуатаційних, економічних і екологічних обмежень, відповідних сучасному рівню їхнього виробництва. Запропоновано концептуальний підхід до синтезу раціональних параметрів композитних каркасів панелей сонячних батарей різних конструктивно-силових схем, заснований на комплексній реалізації відомих принципів, реалізованих відповідними блоками, які інтегровані засобами комп'ютерних технологій в комплекс оптимізації. Синтезовано комплексний підхід до створення прецизійних конструкцій космічного призначення з полімерних композиційних матеріалів, що забезпечує можливість отримання раціональних терморозміростабільних структур композиту. Розроблено і реалізовано алгоритм визначення раціональної структури пакету композиту, що забезпечує компромісне поєднання відповідно до запропонованих критеріїв абсолютних величин коефіцієнта лінійного температурного розширення для максимальної прецизійності виробу.
Отримані результати дозволили забезпечити підвищення більш ніж на 20 % масової ефективності створених на провідних підприємствах галузі композитних агрегатів ракетно-космічної техніки.
|
| Ключові слова: конструктивно-силові схеми, конструктивно-технологічні рішення, концепція, оптимізація, оптимальне проектування, полімерні композиційні матеріали, ракетно-космічна техніка, синтез параметрів |
References:
1. Bichkov S. A., Gajdachuk O. V., Gajdachuk V. E. (1995). Manufacturing technology of aircraft from composite materials. Kiїv, ІSDO Publ. [In Ukrainian].
2. Blyznychenko V. V., Dzhur Ye. O., Krasnikova R. D. (2007). Design and construction of rockets (ed. red. S. M. Konyukhov). Dnipropetrovs’k, DNU Publ. [In Ukrainian].
3. Bulanov I. M., Vorobej V. V. (1998). Technology of rocket and aerospace structures from composite materials. Mosсow: MGTU im. N. Je. Baumana Publ. [In Russian].
4. Bychkov S. A., Gajdachuk V. E. (1998). The main problems of creating products of aviation and rocket and space technology from polymer composite materials: an analytical review. Voprosy proektirovaniya i proizvodstva konstruktsii letatel’nykh
apparatov, 13, 6—17. [In Russian].
5. Gajdachuk A. V. (2002). Scientific basis of safe technology for the production of aircraft structures from polymer composite materials: Diss. … d-ra tekhn. nauk. Kharkiv [In Russian].
6. Gajdachuk A. V., Gajdachuk V. E., Karpov Ja. S. (2005). The role of KhAI in solving the problem of scientific support for the implementation of composite materials in aerospace technology: results and prospects. Aviacionno-kosmicheskaja tehnika i
tehnologija, No. 7, 21—39. [In Russian].
7. Gaydachuk V. E., Gaydachuk O. V., Karpov Ya. S. (2010). Thirty years of scientific school on the problem of creation of aerospace engineering products from polymer composite materials. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya,
No. 2(69), 12—19 [In Ukrainian].
8. Gajdachuk A. V., Gajdachuk V. E., Kondratiev A. V., Kovalenko V. A., Kirichenko V. V., Potapov A. M. (2016). Methodology for the development of effective structural and technological solutions for composite units of rocket and space technology. Kharkiv,
National Aerospace University Kharkiv Aviation Institute Publ. Vol. 2. [In Russian].
9. Gajdachuk V. E., Kovalenko V. A., Potapov A. V. (2013). Basic principles and rules for the design of technological processes for the production of rocket and space technology units from polymer composite materials. Tehnologicheskie sistemy,
No. 2(63), 29—39 [In Russian].
10. Gajdachuk A. V., Chesnokov A. V. (2012). The concept of optimization of structures made of composite materials taking into account economic efficiency. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, No. 9, 93—98. [In Russian].
11. Degtjarev A. V. (2014). Rocket technology. Problems and prospects. Selected scientific and technical publications. Dnepropetrovsk, ART-PRESS Publ. [In Russian].
12. Degtjarev A. V., Kovalenko V. A., Potapov A. V. (2012). The use of composite materials to create promising rocket technology. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, No. 2(89), 34—38 [In Russian].
13. Zabashta V. F. (1993). Technical preparation for the production of structures made of composite materials. Kiїv, Tehnіka Publ. [In Russian].
14. Karpov Ja. S. (2006). Compounds of parts and assemblies made of composite materials. Kharkiv, National Aerospace University Kharkiv Aviation Institute Publ. [In Russian].
15. Kovalenko V. A. (2014). Scientific basis for the production technology of rocket and space technology units of regulated quality from polymer composite materials: Diss. … d-ra tekhn. nauk. Kharkiv. [In Russian].
16. Kovalenko V. A., Moskovskaja N. M., Slivinskij V. I. (2011). Analysis and modification of mathematical models of quality indicators and methods for their determination in relation to products of rocket and space technology. Voprosy proektirovaniya
i proizvodstva konstruktsii letatel’nykh apparatov, 4(68), 7—22 [In Russian].
17. Kondratenko A. N., Golubkova T. A. (2009). Polymer composite materials in products of foreign rocket and space technology (Review). Konstrukcii iz kompozicionnyh materialov, No. 2, 24—35 [In Russian].
18. Kondratiev A. V. (2011). The concept of optimal design of aerospace products from polymer composite materials. Sistemnі tehnologії, 4 (75), 28—34 [In Russian].
19. Lebedev I. K. (2011). The operational durability of aircraft components made of composite materials: avtoref. diss. … kand. tehn. nauk. Moscow [In Russian].
20. Linnik A. K., Krasnikova R. D., Lipovskij V. I., Baranov E. Ju. (2018). Composites in the construction of the body of the launch vehicles. System analysis of problems and prospects of development and application (ed. A. V. Degtjareva). Dnipro, LIRA Publ.
[In Russian].
2. Blyznychenko V. V., Dzhur Ye. O., Krasnikova R. D. (2007). Design and construction of rockets (ed. red. S. M. Konyukhov). Dnipropetrovs’k, DNU Publ. [In Ukrainian].
3. Bulanov I. M., Vorobej V. V. (1998). Technology of rocket and aerospace structures from composite materials. Mosсow: MGTU im. N. Je. Baumana Publ. [In Russian].
4. Bychkov S. A., Gajdachuk V. E. (1998). The main problems of creating products of aviation and rocket and space technology from polymer composite materials: an analytical review. Voprosy proektirovaniya i proizvodstva konstruktsii letatel’nykh
apparatov, 13, 6—17. [In Russian].
5. Gajdachuk A. V. (2002). Scientific basis of safe technology for the production of aircraft structures from polymer composite materials: Diss. … d-ra tekhn. nauk. Kharkiv [In Russian].
6. Gajdachuk A. V., Gajdachuk V. E., Karpov Ja. S. (2005). The role of KhAI in solving the problem of scientific support for the implementation of composite materials in aerospace technology: results and prospects. Aviacionno-kosmicheskaja tehnika i
tehnologija, No. 7, 21—39. [In Russian].
7. Gaydachuk V. E., Gaydachuk O. V., Karpov Ya. S. (2010). Thirty years of scientific school on the problem of creation of aerospace engineering products from polymer composite materials. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya,
No. 2(69), 12—19 [In Ukrainian].
8. Gajdachuk A. V., Gajdachuk V. E., Kondratiev A. V., Kovalenko V. A., Kirichenko V. V., Potapov A. M. (2016). Methodology for the development of effective structural and technological solutions for composite units of rocket and space technology. Kharkiv,
National Aerospace University Kharkiv Aviation Institute Publ. Vol. 2. [In Russian].
9. Gajdachuk V. E., Kovalenko V. A., Potapov A. V. (2013). Basic principles and rules for the design of technological processes for the production of rocket and space technology units from polymer composite materials. Tehnologicheskie sistemy,
No. 2(63), 29—39 [In Russian].
10. Gajdachuk A. V., Chesnokov A. V. (2012). The concept of optimization of structures made of composite materials taking into account economic efficiency. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, No. 9, 93—98. [In Russian].
11. Degtjarev A. V. (2014). Rocket technology. Problems and prospects. Selected scientific and technical publications. Dnepropetrovsk, ART-PRESS Publ. [In Russian].
12. Degtjarev A. V., Kovalenko V. A., Potapov A. V. (2012). The use of composite materials to create promising rocket technology. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, No. 2(89), 34—38 [In Russian].
13. Zabashta V. F. (1993). Technical preparation for the production of structures made of composite materials. Kiїv, Tehnіka Publ. [In Russian].
14. Karpov Ja. S. (2006). Compounds of parts and assemblies made of composite materials. Kharkiv, National Aerospace University Kharkiv Aviation Institute Publ. [In Russian].
15. Kovalenko V. A. (2014). Scientific basis for the production technology of rocket and space technology units of regulated quality from polymer composite materials: Diss. … d-ra tekhn. nauk. Kharkiv. [In Russian].
16. Kovalenko V. A., Moskovskaja N. M., Slivinskij V. I. (2011). Analysis and modification of mathematical models of quality indicators and methods for their determination in relation to products of rocket and space technology. Voprosy proektirovaniya
i proizvodstva konstruktsii letatel’nykh apparatov, 4(68), 7—22 [In Russian].
17. Kondratenko A. N., Golubkova T. A. (2009). Polymer composite materials in products of foreign rocket and space technology (Review). Konstrukcii iz kompozicionnyh materialov, No. 2, 24—35 [In Russian].
18. Kondratiev A. V. (2011). The concept of optimal design of aerospace products from polymer composite materials. Sistemnі tehnologії, 4 (75), 28—34 [In Russian].
19. Lebedev I. K. (2011). The operational durability of aircraft components made of composite materials: avtoref. diss. … kand. tehn. nauk. Moscow [In Russian].
20. Linnik A. K., Krasnikova R. D., Lipovskij V. I., Baranov E. Ju. (2018). Composites in the construction of the body of the launch vehicles. System analysis of problems and prospects of development and application (ed. A. V. Degtjareva). Dnipro, LIRA Publ.
[In Russian].
21. Mihajlin Ju. A. (2008). Structural Polymer Composite Materials. SPb.: NOT Publ. [In Russian].
22. Nemirovskij Ju. V., Jankovskij A. P. (2002). Rational design of reinforced structures (Ed. V. M Fomin). Novosibirsk, Nauka Publ. [In Russian].
23. Potapov A. M., Kovalenko V. A., Kondratiev A. V., Gajdachuk V. E. (2017). Scientific support for the development of composite load-bearing compartments of the head block of launch vehicles. Kosmicheskaja tehnika. Raketnoe vooruzhenie,
2(114), 112—120 [In Russian].
24. Smerdov A. A. (2007). Development of design methods for composite materials and structures of rocket and space technology: Diss. … d-ra tekhn. nauk. Moscow [In Russian].
25. Suhov V. V., Zajpulaev M. V. (2000). General principles for assessing the technical and economic efficiency of technological processes for cutting aircraft structures. Tehnologicheskie sistemy, No. 2, 73—77 [In Russian].
26. Tarasov V. A., Kashuba L. A. (2006). Theoretical Foundations of Rocket Technology. Moscow: MGTU im. N. Je. Baumana Publ. [In Russian].
27. Bychkov A. S., Kondratiev A. V. (2019). Criterion-based assessment of performance improvement for aircraft structural parts with thermal spray coatings. J. Superhard Materials, 41, No. 1, 53—59.
22. Nemirovskij Ju. V., Jankovskij A. P. (2002). Rational design of reinforced structures (Ed. V. M Fomin). Novosibirsk, Nauka Publ. [In Russian].
23. Potapov A. M., Kovalenko V. A., Kondratiev A. V., Gajdachuk V. E. (2017). Scientific support for the development of composite load-bearing compartments of the head block of launch vehicles. Kosmicheskaja tehnika. Raketnoe vooruzhenie,
2(114), 112—120 [In Russian].
24. Smerdov A. A. (2007). Development of design methods for composite materials and structures of rocket and space technology: Diss. … d-ra tekhn. nauk. Moscow [In Russian].
25. Suhov V. V., Zajpulaev M. V. (2000). General principles for assessing the technical and economic efficiency of technological processes for cutting aircraft structures. Tehnologicheskie sistemy, No. 2, 73—77 [In Russian].
26. Tarasov V. A., Kashuba L. A. (2006). Theoretical Foundations of Rocket Technology. Moscow: MGTU im. N. Je. Baumana Publ. [In Russian].
27. Bychkov A. S., Kondratiev A. V. (2019). Criterion-based assessment of performance improvement for aircraft structural parts with thermal spray coatings. J. Superhard Materials, 41, No. 1, 53—59.
https://doi.org/10.3103/S1063457619010088
28. Gaidachuk V. E., Kondratiev A. V., Chesnokov A.V. (2017). Changes in the thermal and dimensional stability of the structure of a polymer composite after carbonization. Mechanics of Composite Materials, 52, No. 6, 799—806.
28. Gaidachuk V. E., Kondratiev A. V., Chesnokov A.V. (2017). Changes in the thermal and dimensional stability of the structure of a polymer composite after carbonization. Mechanics of Composite Materials, 52, No. 6, 799—806.
https://doi.org/10.1007/s11029-017-9631-6
29. Kondratiev А. (2019). Improving the mass efficiency of a composite launch vehicle head fairing with a sandwich structure. Eastern-European J. Enterprise Technologies. 6, No. 7 (102), 6—18.
29. Kondratiev А. (2019). Improving the mass efficiency of a composite launch vehicle head fairing with a sandwich structure. Eastern-European J. Enterprise Technologies. 6, No. 7 (102), 6—18.
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.184551
30. Kondratiev A., Gaidachuk V. (2019). Weight-based optimization of sandwich shelled composite structures with a honeycomb filler. Eastern-European J. Enterprise Technologies. 1, No. 1 (97), 24—33.
30. Kondratiev A., Gaidachuk V. (2019). Weight-based optimization of sandwich shelled composite structures with a honeycomb filler. Eastern-European J. Enterprise Technologies. 1, No. 1 (97), 24—33.
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.154928
31. Kondratiev A. V., Gaidachuk V. E., Kharchenko M. E. (2019). Relationships between the ultimate strengths of polymer composites in static bending, compression, and tension. Mechanics of Composite Materials, 55, No. 2, 259—266.
31. Kondratiev A. V., Gaidachuk V. E., Kharchenko M. E. (2019). Relationships between the ultimate strengths of polymer composites in static bending, compression, and tension. Mechanics of Composite Materials, 55, No. 2, 259—266.
https://doi.org/10.1007/s11029-019-09808-x
32. Kondratiev A., Gaidachuk V., Nabokina T., Tsaritsynskyi A. (2020). New possibilities in creating of effective composite sizestable honeycomb structures designed for space purposes. Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering.
Adv. Intel.Syst. and Computing book ser. AISC 1113. No. 5, 45—59.
32. Kondratiev A., Gaidachuk V., Nabokina T., Tsaritsynskyi A. (2020). New possibilities in creating of effective composite sizestable honeycomb structures designed for space purposes. Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering.
Adv. Intel.Syst. and Computing book ser. AISC 1113. No. 5, 45—59.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-37618-5_5
33. Kondratiev А. V., Kovalenko V. O. (2019). Optimization of design parameters of the main composite fairing of the launch vehicle under simultaneous force and thermal loading. Space Science and Technology. 25, No. 4 (119), 3—21.
33. Kondratiev А. V., Kovalenko V. O. (2019). Optimization of design parameters of the main composite fairing of the launch vehicle under simultaneous force and thermal loading. Space Science and Technology. 25, No. 4 (119), 3—21.
https://doi.org/10.15407/knit2019.04.003
34. Mackerle J. (2002). Finite element analyses of sandwich structures: a bibliography (1980—2001). Eng. Computations, No. 19:2, 206—245.
34. Mackerle J. (2002). Finite element analyses of sandwich structures: a bibliography (1980—2001). Eng. Computations, No. 19:2, 206—245.
https://doi.org/10.2514/2.991
35. Malysheva N. R., Hurova A. M. (2019). Legal forms of public-private partnership for the space activity of Ukraine and its distinction from related forms of contractual cooperation. Space Science and Technology. 25, No. 1, 73—84.
35. Malysheva N. R., Hurova A. M. (2019). Legal forms of public-private partnership for the space activity of Ukraine and its distinction from related forms of contractual cooperation. Space Science and Technology. 25, No. 1, 73—84.
https://doi.org/10.15407/knit2019.01.073
36. Milinevsky G., Yatskiv Y., Degtyaryov O., Syniavskyi I., Mishchenko M., Rosenbush V. (2016). New satellite project Aerosol-UA: Remote sensing of aerosols in the terrestrial atmosphere. Acta Astronautica, No. 123, 292—300.
36. Milinevsky G., Yatskiv Y., Degtyaryov O., Syniavskyi I., Mishchenko M., Rosenbush V. (2016). New satellite project Aerosol-UA: Remote sensing of aerosols in the terrestrial atmosphere. Acta Astronautica, No. 123, 292—300.
https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.02.027
37. Slyvyns’kyy V., Gajdachuk V., Gajdachuk А., Slyvyns’ka N. (2005). Weight optimization of honeycomb structures for space applications. 56th Int. Astronautical Congress (Japan, Fukuoka, 2005). IAC-05-C2.3.07.
38. Vasiliev V. V., Barynin V. A., Razin A. F. (2012). Anisogrid composite lattice structures. Development and aerospace applications. Composite Structures, No. 94, 1117—1127.
37. Slyvyns’kyy V., Gajdachuk V., Gajdachuk А., Slyvyns’ka N. (2005). Weight optimization of honeycomb structures for space applications. 56th Int. Astronautical Congress (Japan, Fukuoka, 2005). IAC-05-C2.3.07.
38. Vasiliev V. V., Barynin V. A., Razin A. F. (2012). Anisogrid composite lattice structures. Development and aerospace applications. Composite Structures, No. 94, 1117—1127.