Aerodünaamilised omadused.
Lennuki konstruktsioonielemendid peavad olema suure tugevusega, kuna need on lennu, maandumise ja lennuki maapinnal liikumise ajal tugeva koormuse all. Kui fikseeritud maapealsete konstruktsioonide, näiteks hoonete või sildade kuju saab tugevuse ja ökonoomsuse huvides määrata projekteerija, peab lennuki konstruktsioon lisaks vastama mitmetele rangetele lisanõuetele, eelkõige aerodünaamilistele. Näiteks peab tiib taluma painutus- ja väändejõude ning mittestatsionaarsetest jõududest tulenevaid momente. õhuvool tiiva pinnale. Kõige tõhusamalt talub selliseid koormusi jäigalt sisseehitatud tala, kuid selline konstruktsioon ei sobi aerodünaamika seisukohalt, mille kohaselt peavad tiiva ristlõiked olema õhukesed, hästi voolujoonelised profiilid. See näide illustreerib õhusõiduki konstruktsioonide olulist omadust, mille projekteerimisel on koos tugevusnõuete täitmisega vaja tagada kõrged aerodünaamilised omadused.
Kaalu omadused.
Teiseks iseloomulik tunnus lennundus- ja kosmosestruktuurid on soov vähendada nende kaalu võimalikult miinimumini. Vastasel juhul ei saa lennuk või rakett vajalikku kasulikku lasti õhku tõusta ega pardale võtta. Sel põhjusel tehakse kosmosekonstruktsioonide projekteerimine ja arvutamine sellise täpsusega, et lubatud on ainult tugevuseks hädavajalik kaal. Konstruktsiooni nii väike kaal on saavutatav ainult ülitugevatest materjalidest valmistatud õhukeste ja piklike konstruktsioonielementide kasutamisel.
konstruktiivsed kaalutlused.
Seega on kaks peamist omadust, mis eristavad lennukikonstruktsioone maapealsetest insenerkonstruktsioonidest, aerodünaamiliste koormuste mõju konstruktsiooni kujule ning ülikergete piklike ja õhukeseseinaliste ülitugevatest materjalidest elementide kasutamine. Lennunduse arendamise erinevatel etappidel pakuti välja erinevaid õhusõidukite disainilahendusi. Lennuki optimaalse disaini ja selle kiiruse vahel on ilmne seos. Huvitav on märkida, et mõned lennunduse arengu varajases staadiumis kasutusele võetud disainilahendused osutusid vastuvõetavateks tänapäevastele lennukitele, mis lendavad samas kiirusvahemikus. Seega oli Esimese maailmasõja ajal terastorudest keevitatud kere uudsus, mis võimaldas parandada hävitajate jõudlust ja tõsta nende lennukiirust 160 km / h-ni. Sarnased konstruktsioonid muutusid täiesti sobimatuks II maailmasõja hävitajatele, mis lendasid kiirusega umbes 640 km/h. Seevastu palju hilisemad spordi- ja isiklikud lennukid lendavad harva kiiremini kui 160 km/h ning nende kerekonstruktsioonides kasutatakse edukalt keevitatavaid metalltorusid.
LENNUNDUS ENNE I Maailmasõda
Lennunduse arendamise esimestel aastakümnetel püüdsid disainerid eksperimenteerides õhusõidukite disaini optimeerida erinevaid valikuid ja diagrammid. Selgus, et paljudel 1930. aastatel leiutistaotlustes välja pakutud disainiskeemidel olid oma prototüübid, mida pakuti välja juba selle sajandi alguses, kuid mis aja jooksul tagasi lükati ja ununes. Kõigile enne Esimest maailmasõda ehitatud lennukitele oli omane märkimisväärne omadus see, et kasutati erakordselt õhukesi tiibu. Siis arvati, et vajalikku tõstejõudu saab saavutada ainult väga õhukestel, tasastel või kergelt kumeratel tiibadel. Selline õhuke tiib, mis sarnaneb õhukese plaadiga, paindub isegi väikese koormuse mõjul. Nõutava jäikuse ja tugevuse tagamiseks tugevdati tiiba väliste traksidega.
Toekas monoplaan.
Lennunduse arendamise varajases staadiumis kasutati edukalt kahte lennuki paigutusskeemi - tugedega monoplaani (joonis 1, A) ja biplaan (joonis 2). Monolennukite näideteks on Alberto Santos-Dumonti ja Louis Blériot’ disainitud lennukid. Biplaanid disainisid vennad Wrightid. Lihtne jõudude ja momentide tasakaalu analüüs näitab, kuidas välised traksid ja traksid suurendavad konstruktsiooni tugevust. Joonisel fig. 1, b on näha, et kaal G lennukit tasakaalustab tõstejõud Y mis tekib õhuvoolust ümber tiiva. Tõstejõud rakendatakse kaugelt d raskuskeskmest ja loob hetke Yd. Seda momenti tuleb tasakaalustada reaktsioonijõudude momendiga, kuna tiivatugede süsteem on tasakaalus, nagu on näidatud joonisel fig. 1, b. Tõstejõu mõjul alumine tugi on venitatud ja ülemine tugi nõrgenenud. Järelikult ei edasta ülemine tugi lennu ajal mingeid jõude kerele ja reaktsioonijõud tekivad ainult tiiva ristmikul alumise toega. Need on jõud H joonisel fig. 1, b. Nende väärtuse saab arvutada hetkede tasakaalutingimustest:
Sellest lihtsast algebralisest võrrandist leiame horisontaalse reaktsioonijõu suuruse H:
Valem (2) näitab, et mida väiksem on horisontaalne reaktsioonijõud, seda suurem on vahemaa h tiiva ja alumise toe kinnituskoha vahel kere külge. Kui lennuk maandub või sõidab rajalt alla, on tiival vähe tõstejõudu, kuna see on võrdeline kiiruse ruuduga. Sellistes tingimustes peab osa tiiva raskusest toetama ülemist tuge, samal ajal kui alumine tugi on koormamata. Sel põhjusel nimetatakse ülemist tuge "maandumiseks" või vastupidiseks ja alumist trakside nimetatakse "lennuks" või kandjaks. Õhuke tiib ei talu suuri koormusi. Seetõttu on vaja vahemaad suurendada h, st. kinnitage kandur šassii lähedale ja ülemine tugi - püstoli külge, mis on selleks paigutatud kere kohale.
Tugedega biplaan.
Vertikaalsete kauguste suurendamiseks trakside kinnitamisel pakuti välja kahetasandiline disain (joonis 2). Kahetasandilise ülemise ja alumise tiiva vaheline kaugus vastab kaugusele h, millest oli juttu eespool seoses monoplaani projekteerimisega, samas kui as d võetakse tugiposti ja kere vaheline kaugus. Võrrandid (1) ja (2) kehtivad kahetasandilisele, mis võimaldab suuremat kõrgust h võrreldes monoplaaniga. 
Lennundusmaterjalid.
Esimeste lennukite konstruktsioonides kasutati peamiselt vastupidavat puitu, nagu kuusk ja bambus. Oli arvamus, et rasked materjalid, näiteks metallid, ei sobi lennukikonstruktsioonide valmistamiseks. Trakside jaoks kasutati terast. Puit on kahtlemata suurepärane konstruktsioonimaterjal, mis võtab väikese omakaaluga edukalt paindekoormust. Samal ajal saadi tiiva ja kere väliskontuurid lõuendi venitamisel puitraamile.
Tõmbamisprobleem.
Tugikonstruktsioonide peamiseks puuduseks on suur takistus (takistusjõud seadme translatsioonilisele liikumisele õhus), mis on tingitud paljudest abikonstruktsioonielementidest, nagu traksid, tugipostid, teliku rattad, võllid ja amortisaatorid. teliku, mis on avatud õhuvoolule. Selline lennuk võiks välja töötada suhteliselt väikese tippkiirus(1910. aasta maailma kiirusrekord oli vaid 106 km/h).
RAAMKONSTRUKTSIOONID
Lennuki kiiruse suurendamiseks oli vaja selle konstruktsiooni radikaalselt muuta - minna üle raamkonstruktsioonidele. Raamlennuki aluseks on selle kere, mis sisaldab kokpitti, reisijateruumi ja lastiruume. Kerele kanduvad üle ka suured koormused, mis kiirmanöövri käigus mõjuvad lennuki sabaüksusele. Joonisel fig. kujutatud raami struktuuri võimsuskomplekt. 3, A See on kaalult kerge ja talub samal ajal märkimisväärseid koormusi.
Keevitatud kered terastorudest.
Mõnedel esimestel lennukitel olid kuuse- või bambusvardadest kokku pandud raami kered, mida hoiti koos terastraadiga. Sellised struktuurid ei olnud aga piisavalt tugevad; oluliseks edusammuks oli A. Fokkeri poolt Esimese maailmasõja ajal välja pakutud terastorudest keevitatud kerekonstruktsioon. Fokker kasutas õhusõiduki konstruktsioonide jaoks pehmet terast, mille süsinikusisaldus oli alla 0,12%, kuna sellest valmistatud elemendid on kergesti üksteise külge keevitavad. Alguses peeti seda tüüpi kere ebausaldusväärseks, kuid järk-järgult leidis see laialdast rakendust ja ülitugevate kroom-molübdeentorude tulekuga oli võimalik kere kaalu oluliselt vähendada.
Eemaldatavate elementide ühendustega kered.
Täiesti teistsugused lennukikonstruktsioonid töötati välja Inglismaal, kus keevitamist peeti ebausaldusväärseks ühendusmeetodiks ja raami üksikud elemendid ühendati mehaaniliste, sageli väga oskuslike pistikute abil. Keevitamise tagasilükkamine avas brittidele laialdased võimalused alumiiniumisulamite ja kõrglegeeritud teraste kasutamiseks, mida ei saanud keevitada. Need ülitugevad materjalid võimaldasid lennuki konstruktsiooni kaalu vähendada vaatamata vuukide lisandunud kaalule. Elementide eemaldatavate ühendustega kere peamiseks puuduseks oli kõrge tootmiskulu, isegi kui lennukeid toodeti suurtes seeriates. Terastorudest keevitatud kere tootmine oli tunduvalt odavam.
Kattekiht.
Reisijatele mugavate tingimuste loomiseks peab raam olema kaetud mantliga. Veelgi enam, juba sajandi alguses tehti kindlaks, et kiiruse suurendamiseks ja takistuse vähendamiseks on vaja, et lennuki välispind oleks sile. Lihtsaim ümbris oli lõuend, mis venitati üle talaraami ja kaeti seejärel värvi või lakiga. Sel viisil saadud kujund ei olnud aga siledate kontuuridega: raami välimised elemendid ulatusid naha alt välja. Ilmselgelt oli selliste kohmakate kujunditega võimatu saavutada sujuvat voolu minimaalse takistusega. Selle puuduse kõrvaldamiseks hakkasid kiirlennukite disainerid kasutama talade (varraste) ja pikisuunaliste nööride külge kinnitatud ovaalse kujuga raamide kere, nagu on näidatud joonisel fig. 3, b. Need raamid ja nöörid andsid ristkülikukujulisele raamile hästi voolujoonelise kuju. Lõuendümbrise alt paistsid aga endiselt välja väljaulatuvad osad, mille kõrvaldamiseks hakkasid disainerid kasutama õhukest vineerkatet.
kaheplaanilised tiivad.
Raamlennukite tüüpiline skeem oli biplaan, mida Esimese maailmasõja ajal kasutati peaaegu kõikjal. Teda eelistati kuni 1930. aastate keskpaigani. Hävitajate piloodid suhtusid monoplaanidesse negatiivselt ja nende peamine argument oli, et biplaan oli paremini manööverdatav. Tõepoolest, biplaan on tänu väikesele tiibade siruulatusele hea manööverdusvõimega, mille tulemusena on lennuki kaal koondunud kere lähedusse. Lennuinsenerid sõnastavad selle omaduse teisiti, öeldes, et biplaanil on väike inertsimoment.
Puidust kaheplaanilise tiiva traditsiooniline disain on näidatud joonisel fig. 4. See sisaldab kahte peamist kandvat elementi - tiivavarred. Tiiva väliskontuur moodustatakse ribideks nimetatavate elementide ja nende peale venitatud kangaskatte abil. See lennuki disain jäi muutumatuks kuni 1920. aastateni, mil Inglismaa lennukitööstus läks üle täismetallkonstruktsioonidele. Nüüd hakati harusid valmistama kõrglegeeritud terasest ribadest ja ribisid teras- või alumiiniumplaatidest soovitud profiilide tembeldamise teel. Varred ja ribid monteeriti ažuurseks karkass-tüüpi konstruktsiooniks.
Kõrge tiivaga monoplaan.
Kõrgete tiibadega monolennukid ilmusid 1930. aastatel ja muutusid kiiresti populaarseks isiklikuks kasutamiseks mõeldud kaheistmeliste lennukitena ja kahetasandilist konstruktsiooni asendava treeneri lennukina. Isegi pärast Teist maailmasõda olid paljudel seda tüüpi lennukitel traksid.
Selline monoplaan erines oluliselt oma eelkäijast. Selle tunduvalt paksem tiib asub kere kohal ning trakside asemel kasutatakse tugitugesid. Rackid suudavad tajuda suur pingutus nii survet kui pinget ning üks tugi asendab paari breketeid. Selline lennuk ei sisalda mitmeid toekatud monoplaani konstruktsioonielemente ja selle takistus on oluliselt väiksem (joonis 5).
Konsoolmonoplaan.
Oluliseks sammuks biplaanist edasi oli konsoolse monoplaani konstruktsioon, mida kasutati laialdaselt 1920. aastatel Fokkeri lennukites. Joonisel fig. 6 on kujutatud kõrge tiivaga lennuki Fokker skemaatiline diagramm, millel püstitati palju lennuulatuse rekordeid. Selle skeemi puhul pöördume veel kord võrrandi (1) poole, mis väljendab hetkede võrdsust. Nüüd jõudu H on tõmbe- või survejõud, mis mõjuvad peela äärikutele ja h- äärikute vaheline kaugus. Ääriku koormust saab vähendada äärikute vahekauguse suurendamisega, selleks on vaja tiivaosa paksust suurendada. Fokkeri tiivakujundusel, mille suhteline paksus (maksimaalse õhutiiva paksuse ja tiiva kõõlu suhe) on 20%, on head aerodünaamilised omadused.
Fokkeri disaini konsooltiival olid puitvarred ja ribid ning vineerist nahk. Väga tugev ja jäik, see oli siiski mõnevõrra raskem kui teised sarnased kujundused. Mitmetes riikides, näiteks Inglismaal, Itaalias ja Nõukogude Liit, loodi metallist konsooltiivad terasest ja alumiiniumist ääriste ja ribide ning kangakattega. Tulevikus võimaldas metallnaha kasutamine oluliselt suurendada tiiva tugevust. Sellist tiiba nimetatakse tavaliselt töötavaks nahatiivaks. Tootmis- ja montaažimeetodid, samuti selliste konstruktsioonide arvutamine erinevad oluliselt raamikonstruktsiooni tiiva puhul kasutatavatest meetoditest.
MONOCOK DISAIN
Monokoki põhimõte.
Õhusõidukite lennukiiruste suurenedes muutus takistuse vähendamise probleem üha olulisemaks. Üsna loomulik samm oli antud juhul tiiva riidest katte asendamine õhukestest alumiiniumsulamitest lehtedest valmistatud metallkattega. Metallkate võimaldas elimineerida ribide vahelisi läbipainde ja sellest tulenevalt täpsemalt reprodutseerida aerodünaamikute poolt soovitatud kujundeid, tuginedes teoreetilistele arvutustele ja eksperimentaalsetele uuringutele tuuletunnelites. Samal ajal on muutunud kere disain. Kergetest raamidest ja nööridest koosneva kestakonstruktsiooni sisse asetati ristkülikukujuline jõuraam; see disain vastas paremini kere kuju aerodünaamika nõuetele. Ühemootorilistel lennukitel oli ka kere esiosa kaetud Lehtmetall et vähendada tulekahju tekkimise võimalust. Kui oli vaja parandada pinna siledust, asendati riidest ümbris kogu kere pikkuses vineeri või metalliga, kuid selline ümbris muutus ülemäära kalliks ja raskeks. Liiga raiskav oli konstruktsiooni massi suurendamine ja selle suurendatud mittekasutamine tugevusomadused aerodünaamiliste koormuste neelamiseks.
Järgmine samm oli ilmne. Kuna kere väliskest sai piisavalt tugevaks, sai võimalikuks sisemise raami eemaldamine. See on monokokkide disaini põhimõte. Monokokk on ühes tükis kest, mille kuju vastab aerodünaamika nõuetele ja on samas piisavalt tugev, et neelata ja edastada lennuki lennul, maandumisel ja maapinnal liikumisel tekkivaid koormusi. Mõiste "monokokk" on hübriid, mis koosneb kreeka ja prantsuse sõnadest ning tõlgitakse sõna otseses mõttes kui "üheosaline kest". Seda terminit kasutatakse tiibade ja kere kohta, milles nahk on peamine kandeelement.
Monokoki disaini teist olulist eelist illustreerib joonis fig. 7. Raamikonstruktsiooni osa, mis on ette nähtud kahe inimese mahutamiseks selle sees, on ristkülikukujuline, mis on kujutatud pideva joonega. Kangast kattega kere väliskest on näidatud katkendjoonega. Kaks inimest mahutava monokokkkere väliskontuuri kujutab punktiirjoon. Planimeetri abil on pindala lihtne kindlaks teha ristlõige monokokk disain on 33% väiksem kui hästi voolujoonelise raami kere puhul. Kui muud asjaolud on võrdsed, on kere takistus võrdeline selle ristlõike pindalaga. Seetõttu võimaldab monokokk-struktuur esimese ligikaudsusena vähendada takistust 33% ainult tänu väiksemale ristlõikepinnale võrreldes raami konstruktsiooniga. Lisaks on sissetulek tõstejõud parema voolavuse ja pinna sileduse tõttu. Kuid madalamate tootmiskulude ja suhteliselt kergema kaalu tõttu jätkati raamkonstruktsioonide kasutamist aeglastel lennukitel ka pärast II maailmasõda. Üle 320 km/h lendavate lennukite puhul kasutati monokokkkonstruktsioone.
Õhukeseseinalised monokokid.
Tüüpiline õhukese seinaga transpordilennuki monokokk on tavaliselt valmistatud õhukestest alumiiniumsulamist plaatidest, mis on kujundatud vastavalt aerodünaamilistele nõuetele. See kest on tugevdatud põikisuunaliste tugevuselementidega - raamid ja pikisuunaliste tugevuselementidega - peeled või nöörid. (Need terminid viitavad kerekonstruktsioonile. Tiivakonstruktsioonis on pikisuunalised jõuelemendid nöörid ja põikisuunalised ribid.) Joonisel fig. 8 näitab, kuidas tüüpiline monokokk-kere on paigutatud. (Seda kujundust nimetatakse nüüd tavaliselt "poolmonokokiks" või "tugevdatud monokokiks", samas kui terminit "puhas monokokk" või lihtsalt "monokokk" kasutatakse väliskestade puhul, millel on vähe või üldse mitte tugevdavaid elemente.)
Kere suurte mõõtmete ja suhteliselt väikeste aerodünaamiliste koormuste tõttu on monokokk kest tehtud väga õhukeseks (tavaliselt 0,5–1,5 mm). Sellised õhuke kest säilitab oma kuju, kui sellele mõjuvad tõmbejõud, kuid see kõverdub surve- või nihkejõudude mõjul. Joonisel fig. 9 on kujutatud survejõudude mõju ristkülikukujulisele metallplaadile. Selliseid kokkusurumisjõude kogevad näiteks kere ülemises osas servadest nööridega piiratud metallpaneelid, kui lennuki sabaosale mõjuvad aerodünaamilised jõud on suunatud ülespoole.
Tahkete mehaanika seaduste kohaselt saab kriitilise pinge (st koormuse pindalaühiku kohta), mille juures tasane plaat hakkab kõverduma, arvutada valemiga
Kus f cr on kriitiline pinge, mis põhjustab plaadi väändumist, E on materjali elastsusmoodul, t– paksus ja b- plaadi laius tugede vahel (päris konstruktsioonis on see nööride vaheline kaugus). Näiteks kui 0,5 mm paksune ja 150 mm laiune paneel on valmistatud alumiiniumisulamist, siis on selle elastsusmoodul ligikaudu 70 000 MPa. Asendades need väärtused valemiga (3), saame, et kriitilise pinge väärtus, mille juures naha kõverused tekivad, on 2,8 MPa. See on palju väiksem kui materjali voolavuspiir (280 MPa) ja tõmbetugevus (440 MPa).
Monokoki materjali kasutatakse ebaefektiivselt, kui paindumine tähendab, et plaat ei suuda enam koormust kanda. Õnneks see nii ei ole. USA riikliku standardi- ja tehnoloogiainstituudi testid on näidanud, et paneeli servadele mõjuvad koormused võivad oluliselt ületada kõveruse algusele vastavat kriitilist koormust, kuna paneelile rakendatud koormuse võtavad peaaegu täielikult enda alla paneeli ribad. materjal selle servades.
Nende ribade kogulaiust nimetas T. von Karman plaadi "efektiivseks laiuseks". Tema teooria kohaselt saab paneeli lõplikku koormust selle rikke ajal, mis on tingitud materjalivoolust klammerdatud servade lähedal, arvutada valemiga
Siin P on paneelile mõjuv kogukoormus hävitamise hetkel, t- paneeli paksus, E on elastsusmoodul ja f tek on materjali voolavuspiir (pinge, mille juures deformatsioon hakkab suurenema ilma koormuse edasise suurenemiseta). Arvutused valemite (3) ja (4) abil näitavad, et kriitiline koormus, mis põhjustab kõverdumist, on ligikaudu suurusjärgu võrra väiksem kui hävitamist põhjustav lõplik koormus. Seda järeldust tuleb lennuki projekteerimisel arvesse võtta.
Ülekriitilises olekus õhukeste plaatide kasutamine koolutamiseks on õhukeseseinaliste monokokkide konstruktsioonide üks peamisi eristavaid tunnuseid. Transpordilennukite, pommitajate ja hävitajate areng Teise maailmasõja ajal poleks olnud võimalik ilma mõistmiseta, et õhukese plaadi kõverdumine ei põhjusta selle purunemist. Konservatiivsemates insenerimehaanika valdkondades, nagu sildade ja hoonete projekteerimine, ei ole paneelide koolutamine lubatud. Teisalt lendavad tuhanded lennukid ja samal ajal töötavad osad nende konstruktsioonides olevad metallplaadid suurema osa lennuajast kõverduvates tingimustes. Õigesti konstrueeritud paneelid, mis kogevad lennul kõverust, muutuvad pärast lennuki maandumist täiesti siledaks ja konstruktsioonile lennu ajal mõjuvad aerodünaamilised koormused kaovad.
Õhukese seinaga tala.
Teine kõveruse tüüp viitab õhukeseseinalisele talale - oluline element lennundusstruktuurid. Õhukeseseinalise tala kontseptsiooni on selgitatud joonisel fig. 10. Jõu mõjul Wõhukeseseinalise tala vabal otsal mõjuvad selle ülemisele äärikule tõmbejõud ja alumisele äärikule survejõud. Äärikutele mõjuvate jõudude suurust saab arvutada staatilise tasakaalu tingimusest. Jõu poolt tekitatud nihkejõud W, edastatakse piki tala õhukest seina. Selline õhuke plaat kaotab stabiilsuse ja hakkab üsna väikese koormuse korral kõverduma. Sellele tekivad diagonaalsed voldid, st. selle kõveruse konfiguratsioon erineb oluliselt poolkerakujulistest kühmudest, mis tekivad siis, kui plaadi pind on kokkusurumise tõttu kõverdunud.
G. Wagner töötas välja praktilise meetodi õhukese seinaga tala pingete arvutamiseks seinte kortsumise tingimustes ja tõestas eksperimentaalselt, et on võimalik kujundada õhukeseseinaline tala, mis ei vaju kokku lennukoormuste mõjul, mis on 100 korda suurem kui koormused, mille juures õhukese seina kõverdumine algab. Deformatsioonid jäävad elastseks ja koormuse eemaldamisel kaovad voldid täielikult.
Kogu konstruktsiooni paindumise tõttu joonisel fig. 10, tala ülemine äärik on pinges ja alumine äärik kokkusurutud. Kui tekivad voltid, toimib õhuke sein suure hulga diagonaalsete tugede kombinatsioonina, mis võtavad vastu nihkejõude nagu ühetasapinnalise tiiva välised tugid (joonis 1). Püstpostide eesmärk on hoida tala äärikute vahelist kaugust.
1930. aastatel hakati õhukese seinaga tala kontseptsiooni laialdaselt kasutama õhukeseseinaliste monokokkide projekteerimisel lennukitööstuses, eriti nihkeseintega tiivavarraste jaoks.
Konstruktsioonielementide paigutus õhukeseseinalistes monokokkides.
Ideaalne õhukeseseinaline monokokkkere koosneb õhukestest plaatidest, mida toetab suur hulk enam-vähem ühtlaselt jaotatud nööre ja raame, nagu on näidatud joonisel fig. 8. Siiski tuleb lennukikere sisse teha väljalõiked, et mahutada reisilennukitel illuminaatoreid ja uksi või sõjalennukitel kahuritorne ja pommitamisluuke. Suurte avade puhul, näiteks täisvarustusega roomiksõidukite vedamiseks mõeldud rasketel lennukitel või kere sees suuri torpeedosid kandvatel torpeedopommitajatel, muutub pinge kontsentratsioon avade lähedal tõsiseks probleemiks. Sageli on selliste väljalõigete servad tugevdatud tugevate peeltega. Mõnel lennukil peavad kered tagama nii suure arvu väljalõigete arvu, et projekteerija eelistab kasutada nelja peamise peela kandevõimet ja kasutab lühikesi nööre ainult tugevuse abielementidena, kuna lõiketugevuselement ei ole võimeline koormuse ülekandmine.
Kuna koormused mõjuvad peamiselt neljale peamisele konstruktsioonielemendile, on seda tüüpi kere tegelikult raamikonstruktsiooni ja tugevdatud monokoki vahepealne. Seda võib vaadelda osaliselt tugevdatud monokokina. Selliseid monokokke kasutatakse sagedamini tiibade kui kere jaoks, kuna lennuki tiibadesse tuleb paigutada ülestõstetavad telikud, kütusepaagid, mootorid, sissetõmmatavad klapid, eleronid, kuulipildujad, kahurid ja arvukad sekundaarsed osad. Tõsisemad probleemid, mis on põhjustatud tugevdatud monokokkkonstruktsiooni terviklikkuse rikkumisest, on seotud teliku ja kütusepaakide paigutusega, kuna need sõlmed asuvad tiiva juure lähedal, kus konstruktsioon peab olema kõige vastupidavam. Lisaks ei võimalda paljud paigutused tiival läbida kere, kuna seda ruumi on vaja meeskonna, reisijate või mootorite mahutamiseks. Seetõttu kasutatakse tiivakonstruktsioonis kahte tugevat peelet, nagu seda tehakse kõrge tiivaga monoplaanil. Kahe peenra vahelist ruumi saab kasutada eelnimetatud sõlmede ja koostude mahutamiseks. Tiiva osades, millel pole pilusid, on nahk tugevdatud nööridega, mis aitavad kaasa tiiva tugevuse täiendavale suurenemisele. Suurema osa koormusest võtavad aga kaks peamist pessa.
Välimised tiivapaneelid on puhtalt monokokkkujundusega (joonis 11). Koormust tajuvad konsooli korpus ja pikisuunalised jõuelemendid. Vertikaalse seina ja peenra erinevus seisneb selles, et seina juures on ühenduselement sama kujuga kui ülejäänud nöörid, samas kui peel kinnitatakse massiivsemate äärikute abil.
Paksu seinaga monokokkkonstruktsiooni kontseptsioon.
Teise maailmasõja ajal hakkas katselennukite kiirus lähenema helikiirusele ja õhukeseseinalised monokokkkonstruktsioonid ei vastanud enam kõrgendatud nõuetele. Üheks lennukiiruse kasvu soodustavaks teguriks oli nn. laminaarsed tiivaprofiilid, millel oli väga madal takistus. Laminaarsete tiibade eeliseid sai aga realiseerida ainult siis, kui tiiva pinna nõutud kuju järgiti rangelt ning pinna sileduse vähimgi rikkumine (väljaulatuvad needid või süvendid pimeneetide jaoks) tühistas kõik laminaarprofiili eelised. . Sel põhjusel osutusid õhukeseseinalised tugevdatud monokokid kiirete lennukite laminaarse vooluga tiibade ehitamiseks sobimatuks.
Teine tegur, mis nõuab kiirete lennukite tiiva ja kere kuju täpset järgimist, on transoonilise voolu ebastabiilsus. Transoonilistes vooludes võivad voolujoonelise pinna kuju väga väikesed muutused põhjustada voolumustri täieliku muutumise ja lööklainete ilmnemise, mis toob kaasa tõmbejõu järsu suurenemise.
Kuna õhukestest plaatidest valmistatud pinna täpselt soovitud kuju on väga raske säilitada, oli vaja suurendada lennuki konstruktsioonide naha paksust. Teine põhjus naha paksuse suurendamiseks oli hoone kõrguse (kauguse) ebapiisav väärtus h joonisel fig. 6) lennuki tiivakonstruktsioonid. Suure lennukiiruse jaoks kavandatud tiivaprofiilid peavad olema väga õhukesed (ülehelikiirusega lennukite ja rakettide tiibade maksimaalne suhteline paksus on tavaliselt alla 10% kõõlust). Sellise tiiva alumisele ja ülemisele pinnale mõjuvad koormused on väga suured ning neile peab vastu vaid paks nahk.
Võileiva kontseptsioon.
Esimene paksuseinaline struktuur, mis kasutas võileiva kontseptsiooni, oli Havilland Mosquito võitleja nahk. Selles disainis on kahe õhukese tugeva kesta (kandekihi) vaheline ruum täidetud palju kergema materjaliga; selline komposiitpaneel on võimeline taluma suuremat paindekoormust kui kaks täitmata kandekihti, mis on omavahel ühendatud. Lisaks jääb see sandwich-konstruktsioon kergeks, kuna südamiku tihedus on madal. Suurenenud tugevusega kerge mitmekihilise struktuuri näide on pakkepapp, milles kahe välimise kartongilehe vahele on asetatud lainepaberikiht. Mitmekihilisel kartongil on suurem paindejäikus ja tugevus kui sama kaaluga papileht. Oluline tegur, mis takistab pinna väändumist, on paneeli võime taluda paindekoormust. Suurenenud paindejäikusega paksuseinalised mitmekihilised kestad hoiavad ära pinna kõverdumise tavalistes lennuolukordades ning aitavad säilitada tiiva ja kere pinna sileda kuju. Kandekihid liimitakse südamikukihiga liimiga. Needimist ei kasutata ja see tagab sileda pinna.
Mitmekihiliste struktuuride valmistamise meetodid.
Keerulise kujuga mitmekihiliste struktuuride elementide tootmiseks kasutatakse mitmeid meetodeid. Üks neist on selgitatud joonisel fig. 12. Valmistatakse vorm, mis reprodutseerib täpselt mitmekihilise elemendi soovitud kuju. Mitmekihilise struktuuri kihid määritakse sünteetilise liimiga ja asetatakse vormi. Mitmekihilise struktuuri nahk on kaetud hermeetilisest materjalist, näiteks vastupidavast kummist, kestaga ning vorm on tihedalt kaanega suletud. Kuum aur surutakse surve all kesta sisse ning kõrge temperatuuri ja ühtlase aururõhu toimel liim kõvastub ja ühendab kandekihid usaldusväärselt täiteainega. Sellist vormimistehnoloogiat saab kasutada keeruka kujuga ja muutuva paksusega kumerate seintega konstruktsioonielementide valmistamiseks.
Teise maailmasõja ajal kasutati lennutööstuses laialdaselt sünteetilisi liime ja kihtstruktuuride liimimise tehnoloogiat. See tehnoloogia võimaldas erinevate materjalide, nagu puit ja metallid, tugeva ühenduse ning võimaldas odavalt toota sileda pinnaga nahkasid.
Mitmekihilise struktuuri hävitamine.
Nagu raamkonstruktsioonide ja õhukeseseinaliste monokokkide puhul, algab ka sandwich-konstruktsiooni hävimine küljelt, mis on kokkusurutud. Tänu lamineeritud paneeli suurele paksusele on paindumist ja paindumist põhjustav survejõud oluliselt suurem kui väärtus, mille juures tekivad õhukeseseinaliste tugevdatud monokokkide pinnale esimesed paindumise märgid. Nende väärtuste suhe võib ulatuda 20-ni või isegi 50-ni. Siiski tuleb meeles pidada, et õhukeseseinalised monokokid võivad töötada koormustel, mis on palju suuremad kui väände alguse kriitiline koormus, samal ajal kõverdades mitmekihilise naha pinda põhjustab alati viimase hävingu.
Mitmekihilise naha paindumist põhjustavat kriitilist koormust saab hinnata homogeensete plaatide ja ühekihiliste kestade arvutusmeetodite abil. Kerge täitematerjali suhteliselt madal nihkekindlus vähendab aga oluliselt kriitilist pinget ja seda mõju ei saa tähelepanuta jätta.
Sandwich-konstruktsiooni paindumine põhjustab tavaliselt õhukeste kandekihtide pinna paindumist või kortsumist. Joonisel fig. 13 näitab kahte tüüpi ebastabiilsust: sümmeetriline turse ja kaldus. Suure kihi paksuse täiteaine korral tekib sümmeetriline paisumine, sellise kihi väikese paksuse korral aga viltunemine.
Kriitilise pinge, mis põhjustab mitmekihilise struktuuri paindumist, millega kaasneb mõlema pinna kõveruse ilmnemine, saab määrata valemiga
Kus f cr on kandekihtide kriitiline pingeväärtus, E f on kandekihi materjali elastsusmoodul, Ec on täitematerjali elastsusmoodul, Gc– täitematerjali nihkemoodul.
Näiteks kaaluge mitmekihilist struktuuri alumiiniumisulamist kandekihtide ja poorse tselluloosatsetaatkiust täiteainega. Alumiiniumsulami elastsusmoodul on ligikaudu 70 000 MPa, täitematerjalil aga 28 MPa. Täitematerjali nihkemoodul on 14 MPa. Asendades need väärtused valemiga (5), leiame, et kriitiline pinge väärtus koolutamisel on 150 MPa.
Pange tähele, et seos (5) ei sisalda paneeli geomeetrilisi omadusi. Seetõttu ei sõltu kriitiline pinge kandekihtide ja südamikukihi paksustest. Ainus võimalus konstruktsiooni kandevõimet väänamise suhtes tõsta on kasutada paremate mehaaniliste omadustega täitematerjali.
Muud tüüpi paksuseinalised kestad.
Pärast Teist maailmasõda töötati välja ja võeti tootmisse mitmesugused ülalkirjeldatud algse mitmekihilise struktuuri modifikatsioonid. Joonisel fig. 14 näitab kärgstruktuuri. Selles toimib vahekihina kärgstruktuuriga (rakuline) täiteaine. Joonisel fig. 15 on kujutatud teist tüüpi sandwich-konstruktsiooni, mille südamikuks on gofreeritud alumiinium. Seda konstruktsiooni, mis on sarnaselt pakendiplaadiga, iseloomustab suur jäikus ja stabiilsus, kuid lainepapist teipi ei tohiks neetida kandekestade külge.
Teiste konstruktsioonide puhul on nahk ja selle jäikust tugevdav kiht valtsitud ning neile antakse tiiva või kereosa kuju. Lõpuks valmistati tugevalt koormatud väga õhukeste tiibade jaoks vastupidavast alumiiniumisulamist muutuva paksusega katted, mille maksimaalne paksus oli umbes 19 mm. Sellised tugevad kestad võimaldavad valmistada tiiva, mis säilitab oma kuju ka ilma ribideta ainult tänu naha enda jäikusele, mida tugevdavad kolm-neli peeltele toetuvat nihkeseina.
ÜLEHELIHELI ÕHUSÕIDUKID, KOSMOSEÕHUSÕIDUKID JA BALLISTILISED RAKETID
Lennunduse areng kosmosetehnoloogia mida iseloomustab tõukejõu ja kaalu suhte pidev tõusutrend (tõukejõu ja kaalu suhe on õhusõiduki elektrijaama tõukejõu ja selle massi suhe). Lennukite jaoks vertikaalne õhkutõus ja maandumisel ületab see väärtus ühe. Ballistilise raketi tõukejõusüsteem peab tekitama raketi kaalust palju suurema tõukejõu, et seda stardiplatvormilt tõsta, kiirendada ja soovitud trajektoorile viia.
Tõukejõu ja kaalu suhte ja lennukiiruste pidev kasv tõi kaasa tekkimise lennukid, mis on järjest vähem sõltuvad tiiva tekitatud aerodünaamilistest jõududest. Tiibade mõõtmed hakkasid vähenema (ballistilistel rakettidel need üldiselt puuduvad). Maale naasmiseks peavad aga kosmosesse stardivõimendite abil saadetud purilennukitel olema tiivad.
Ülehelikiirusega lennukite tiivad ja stabilisaatorid on väiksemad kui allahelikiirusega lennukitel, mitte ainult pindalalt; need on ka õhemad ja neil on väiksem venivus. Ülehelikiirusega lennukite tiivad ja sabapinnad on pühitud või kolmnurkse kujuga. Selliste tiibade naha paksus on palju suurem kui allahelikiirusega lennukite tiibadel.
Õhukese seinaga kestade näited.
Kaalu vähendamine on kosmoselaevade projekteerimisel esmatähtis. Paljud edusammud õhukeseseinaliste kestade vallas tulenevad sellest nõudest.
Selle konstruktsiooni tüüpilised näited on vedelkütuse kanderakett Atlas ja tahkekütuse raketi konstruktsioon. Atlase jaoks loodi spetsiaalne ülelaadimisega monokokk kest. Tahkekütuse mootoriga rakett saadakse tahke raketikütuse laengu kujul oleva klaasniitiga ümber torni kerimisel ja haavakihi immutamisel spetsiaalse vaiguga, mis pärast vulkaniseerimist kõveneb. Selle tehnoloogiaga saadakse korraga nii lennuki kandekast kui ka raketimootor koos otsikuga.
Taassisenevad sõidukid on konstrueeritud koonusekujulise kestaga, mis on kaetud kuumakaitsematerjali kihiga, mida kõrgel temperatuuril ableeritakse (puhutud katte jahutamise kontseptsioon).
LENNURUUMI MATERJALID
Paljud materjalid kaotavad oma tugevuse kõrgetel temperatuuridel, mis esinevad ülehelikiirusel. Seetõttu pakuvad kosmoselennukite jaoks erilist huvi kerged kuumakindlad materjalid.
LENNURUUMI STRUKTUURID
Transpordilennukid ja hävitajad.
Kaasaegse transpordilennuki tüüpiline paigutus koosneb tugevdatud monokokk-kerest, millel on kaksik-spar tiivad ja twin-spar sabad. Lennukikonstruktsioonides kasutatakse peamiselt alumiiniumisulameid, kuid üksikute konstruktsioonielementide jaoks kasutatakse ka muid materjale. Seega võivad tiiva tugevalt koormatud juureosad olla titaanisulamist ning juhtpinnad polüamiid- või klaasniitidega komposiitmaterjalist. Mõne lennuki sabas kasutatakse grafiit-epoksümaterjale. Kaasaegse hävituslennuki disain kehastab uusimaid saavutusi lennukiehituse vallas. Joonisel fig. 16 on kujutatud tüüpilise mitmeosalise deltatiiva ja tugevdatud monokokkkerega hävituslennuki konstruktsiooni. Üksikud elemendid selle lennuki tiivad ja saba on valmistatud komposiitmaterjalid.
Kosmosesõidukite arendamise, loomise ja käitamise keeruliste struktuuriliste, vooluringide ja tehnoloogiliste probleemide kogu komplekti lahendamine on võimatu ilma kosmosematerjalide teaduse tulemuste laialdase arendamise ja rakendamiseta. Kosmosesõidukite väljatöötamisel on vaja uusi materjale, mis peavad vastu pidama kosmoselendude koormustele (kõrge temperatuur ja rõhk, vibratsioonikoormused stardifaasis, kosmose madalad temperatuurid, sügavvaakum, kiirgus, mikroosakesed jne) ja millel on piisavalt madal erikaal . Kogu valik tugevaid, sageli järskude üleminekutega lööke metall- ja mittemetallist konstruktsioonidele ja elementidele mõjutab oluliselt nende sügavaid struktuurseid omadusi ning sellest tulenevalt erinevatel eesmärkidel kasutatavate kosmosesõidukite töökindlust ja vastupidavust.
Metallid on raketi- ja kosmosetehnoloogia toodete peamised konstruktsioonimaterjalid, nende mass kuivade toodete massis on üle 90%. Seetõttu määravad toodete taktikaliste ja tehniliste omaduste parandamise suuresti kasutatavate sulamite omadused. Taga viimased aastad on välja töötatud ja arendatakse edasi liitiumi ja skandiumiga legeeritud uue põlvkonna alumiiniumisulameid. Traditsiooniliste sulamite asendamine uutega vähendab RCT tootesõlmede kaalu 10-30%, olenevalt konstruktsiooni tüübist. Uutest granuleeritud sulamitest detailide tootmise tehnoloogia koos võimalusega tõsta töötemperatuuri kuni 850°C vähendab sõlmede massi 10-30%.
Revolutsioonilised lahendused XXI sajandi RKT paljutõotavate toodete loomisel. saab pakkuda uus klass konstruktsioonimaterjalid - intermetallilised ühendid (keemilised ühendid titaan - alumiinium, nikkel - alumiinium jne). Nendel materjalidel on madal tihedus (3,7-6,0 g/cm 3 ) ja kõrge kuumakindlus (kuni 1200°C), kõrge korrosioonikindlus, kuumakindlus ja kulumiskindlus.
Praegu töötatakse välja titaanisulami valmistatavuse osas inseneritoodang on samaväärne traditsioonilise roostevaba terasega (atmosfääriga keevitus- ja kuumtöötlusseadmeid pole vaja). Peamiselt hafniumi ja nioobiumiga dopingu tõttu sulam ei oksüdeeru, kui seda kuumutada temperatuurini 850–900 °C. Kuumtöötlust pole vaja keevisliited jääkpingete leevendamiseks, välistades vajaduse kuumtöötlusahjude ja kontrollitud atmosfääriga keevituskambrite järele. Vajadusel saab keevitatud sõlmede kuumtöötlemist jääkpingete vältimiseks (näiteks suuremõõtmelised konstruktsioonid nagu raamid, fermid, põhjakaitseekraanid jne) läbi viia a. õhu atmosfäär ilma järgneva liivapritsi ja söövitamiseta. Osade keevitamist saab läbi viia ainult argooni joakaitsega, kartmata õmbluse oksüdeerumist. Sulam töötab laias temperatuurivahemikus: -253 kuni +450 °C. See avab laialdased väljavaated titaani kasutamiseks raketiteaduses roostevaba terase asemel ja võimaldab toodete massiomadusi peaaegu kolmekordistada.
Metallmaterjalide tugevuse suurendamine traditsiooniliste meetoditega (legeerivate elementide sisalduse suurendamine, termomehaanilise karastamise tehnoloogia täiustamine jne) on tänaseks oma võimalused ammendanud. Kaasaegsed sulamid sisaldavad suures koguses kalleid ja haruldasi metalle: koobaltit, volframi, nioobiumi, molübdeeni, niklit jne, mis suurendab nende maksumust järsult. Lisaks põhjustab sulamites legeerivate elementide hulga märkimisväärne suurenemine valuplokkides tsoonilise ja mahulise segregatsiooni ning selle tulemusena pooltoodete ja nendest valmistatud osade omaduste anisotroopiat. Suur reserv RCT struktuuride omaduste parandamisel peitub intermetalliliste ühendite kasutamises. Intermetallilistel ühenditel põhinevate kuumakindlate konstruktsioonimaterjalide väljatöötamiseks pakuvad titaan-alumiinium ja nikkel-alumiinium, raud-kroom-alumiinium süsteemid suurimat huvi.
Intermetallilised ühendid (metallide keemilised ühendid) on oma struktuuris metallide ja keraamika vahel vahepealsel positsioonil. Neil on keeruline kristalne struktuur, milles on kuni 30% kovalentset komponenti aatomitevahelistes sidemetes, mis määrab nende ainulaadsed füüsikalised ja mehaanilised omadused - kõrge kuumakindlus ja kuumakindlus, kõrge korrosioonikindlus võrreldes roostevaba terasega (eriti hapnikus) ja kõrge kulumiskindlus. Lisaks on intermetallilistel ühenditel madal tihedus. Titaani baasil metallidevahelised sulamid võivad töötada kuni +850 °С ilma kaitsekateteta, niklipõhised sulamid - kuni +1500 °С.
Kogu intermetalliliste ühendite omaduste kompleks võib avaldada revolutsioonilist mõju paljudele tehnoloogiavaldkondadele ja ennekõike paljulubavate kosmosetehnoloogia mudelite loomisele, sealhulgas hüperhelikiirusega (kuni M = 25) lennukitele. Intermetalliliste ühendite kasutamine tõukejõusüsteemides (rootor, staator, tiivikud, klapirühm, jahutamata düüsid jne) suurendab mootorite eritõukejõudu 25-30% ja vähendab konstruktsioonide massi kuni 40%.
Paljulubavad mittemetallilised materjalid. Termoreguleerivad katted. Üks peamisi tegureid, mis määrab 
Kosmoselaeva töökindlus ja vastupidavus on selle stabiilsus termiline režiim, kuna kosmoseaparaadi kaasaegsed optoelektroonilised seadmed töötavad teatud temperatuurirežiimis. Kosmoselaeva soojusjuhtimissüsteem sisaldab erinevaid termojuhtimiskatteid (TRC), mis loovad tasakaalu kosmoselaeva sees vabaneva soojuse, kosmosest neeldunud energia ja kosmosesse ümber kiirgava energia vahel.
TRP-d iseloomustavad termokiirguse omadused, mis toimel erinevaid tegureid avakosmose (eriti ioniseeriva kiirguse) muutus, mis toob kaasa temperatuuri tõusu kosmoselaeva sisemuses ja selle aktiivse eksistentsi kestuse (SAS) lühenemise. Nagu viimaste aastate kogemused on näidanud, ei suutnud mitmed kosmoseaparaadid kavandatud programme täita ülekuumenemise tõttu, mis oli tingitud TRP päikesekiirguse neeldumiskoefitsientide suurenemisest passiivses soojusjuhtimissüsteemis. Olemasolevate TRP-de analüüs näitab, et need ei suuda SAS-i suurendada kuni 15 aastani, eriti kõrgetel elliptilistel ja geostatsionaarsetel orbiitidel töötavate kosmoselaevade puhul. Seetõttu on „päikesereflektorite“ ja „tõeliste neeldurite“ klasside TRP loomine, millel on stabiilsed termokiirguse omadused ja samal ajal antistaatilised omadused pikaajalisel kosmoses töötamisel madala gaasiemissiooniga. 21. sajandi kosmonautika olulised ülesanded. Selliste katete väljatöötamine võimaldab minimeerida kõrvalekaldeid määratud soojusrežiimist, vähendada rikkeid ja rikkeid ülitundlike optiliste ja raadioelektroonilised seadmed, mis võimaldab pikendada SAS KA kuni 15 aastani.
Paljutõotavad juhised selle probleemi lahendamiseks on järgmised:
kombineeritud või modifitseeritud kuuma- ja kiirguskindlate vähese väljumisvõimega sideainete väljatöötamine (akrüül, räniorgaaniline, uretaanvaigud);
tõhusate lagunemise stabilisaatorite valimine või väljatöötamine ruumi mõju tingimustes;
valgete või mustade pigmentide, sealhulgas suurenenud elektrijuhtivusega pigmentide arendamine, mis on vastupidavad pikaajalisele kokkupuutele;
eemaldatavate katete väljatöötamine kaitse eesmärgil ühikute ja toodete valmistamise ja ladustamise ajaks kuni 5 aastat.
Paljulubavad polümeerstruktuuriga komposiitmaterjalid. Süsinikkiust valmistatud antennikonstruktsioonide peeglid leiavad laialdast rakendust satelliitide kaudu suhtlemise probleemide lahendamisel. Nende kasutamine massiga kuni 15 kg annab purunemiskoormuse 900 kgf ja kasutusiga vähemalt 20 aastat.
Kandvates konstruktsioonielementides süsinikkiust valmistatud kärgmaterjalid (kolmekihilised) võrreldes ühekihiliste (monoliitsete) materjalidega antud töötingimustes ja antud elemendi kaaluga suurenenud koormustes tagavad:
konstruktsioonielemendi massi vähendamine 40-50% ja jäikuse suurendamine 60-80% võrra;
töökindluse tõus 20-25% ja tõus garantii periood 60-70% võrra.
Lisaks pakub seda tüüpi materjal spetsiaalseid elektrofüüsikalisi omadusi (näiteks radariantennide jaoks), samuti nõudeid kuumakindluse ja soojusjuhtivuse kohta.
Surve silindrid. Raketi- ja kosmosetehnoloogias kasutatakse edukalt surve all töötavaid polümeerkomposiitmaterjalidest kergnõusid ja mahuteid. Kütusepaagid, õhupallid, kered on loodud ja neid kasutatakse rakettmootorid, rõhuakud, hingamissilindrid pilootidele ja astronautidele. Organo- ja klaaskiudude kasutamine võimaldab luua vastupidavaid survesilindreid, millel on kõrge kaalu täiuslikkuse koefitsient.
Teleskoobid. Täppisseadmete elementide loomine on seotud nende geomeetriliste mõõtmete muutumatuse (mõõtmete stabiilsuse) tagamisega temperatuurivälja laias vahemikus (±150 °C) muutumisel. Arendatakse tehnoloogiaid, mis võimaldavad luua süsinikkiust polümeerkomposiitmaterjale, mis tagavad seadmeelementide kõrge mõõtmete stabiilsuse antud temperatuurivälja jaoks.
"Targad" materjalid. Inseneri ja tehnoloogia areng on lahutamatult seotud uute materjalide väljatöötamise ja rakendamisega. Viimasel kümnendil koos olemasolevate materjalide pideva täiustamisega, põhjustades olulisi tehnilisi ja majanduslik mõju tänu ainulaadsele omaduste kombinatsioonile on olnud suundumusi uute materjalide loomisel, mis suudavad aktiivselt suhelda välised tegurid. Selliseid materjale nimetatakse "intellektuaalseks", "targaks", "targaks" jne. Nad on võimelised “tunnetama” oma füüsilist seisundit, välismõjusid ja reageerima nendele “aistingutele” eriliselt, s.t. oskavad ise diagnoosida defekti esinemist ja arengut, kõrvaldada ja stabiliseerida oma seisundit kriitilistes piirkondades.
"Intelligentsete" materjalide omaduste mitmekesisuse tõttu saab neid kasutada erinevates raketi- ja kosmosetehnoloogia konstruktsioonielementides (kered, katted, sektsioonid, hõõrdesõlmed jne). Selliste materjalide kasutamine võimaldab kontrollida ja prognoosida erinevate konstruktsioonide ja konstruktsioonide seisukorda vajalikul ajal ja isegi raskesti ligipääsetavates kohtades, pikendada oluliselt süsteemide kasutusiga ja nende töökindlust. Analüüsist eksperthinnangud sellest järeldub, et järgmise 20 aasta jooksul 90% kaasaegsed materjalid tööstuses kasutatavad asendatakse uutega, eriti "intelligentsete", mis võimaldab luua konstruktsioonielemente, mis määravad tehniline progress 21. sajand
Tihendus- ja tihendusmaterjalid. Vaatamata olemasolevale tihendus- ja tihendusmaterjalide mitmekesisusele on suur vajadus välja töötada uusi paljulubavaid materjale, mis keskenduksid 21. sajandi kosmonautika vajadustele. See tekkis seoses karmistamisnõuetega vähendada arvu tehnoloogilised protsessid toodete valmistamisel, kosmoselaevade ja kanderakettide temperatuurivahemiku, jõudluse ja aktiivse eksisteerimise tähtaegade laiendamine. Ülesanneteks on uute kummide, hermeetikute ja segude klasside loomine (sh juhtivad kummid ja hermeetikud; termo-, külma- ja agressiivsed kummid; termo- ja agressiivsed anaeroobsed hermeetikud; soojusjuhtivad, mikrolaineid neelavad ühendid). Juhtivad kummid ja hermeetikud suurendatud 1,5-2 korda tehnilised kirjeldused tänu tehnoloogiliste protsesside täiustamisele tagavad need staatilise elektri eemaldamise kosmoselaevast ja suurendavad SAS-i 5 aastalt 10-15 aastale.
Kiirguskindel määrdeained vajalik hõõrdeagregaatide usaldusväärse töö tagamiseks erinevates gaasi- ja vedelas keskkonnas laias temperatuurivahemikus maapinnal ja avatud ruumis 10-15 aastaks. Määrded on universaalne töö- ja kaitsevahend, mis kaitseb osi ja masinaid ilmastikumõjude eest nende ladustamise ajal. Väljatöötatud määrdeained peaksid olema tõhusad igas kliimavööndis ja sobima pikaajaliseks ladustamiseks isegi avatud aladel.
Suurenenud elastsusega ja madala gaasieraldusega struktuurliim. Vibro-, löögi- ja termotsüklikindlaid räniorgaanilisi epoksiidliime kasutatakse praegu laialdaselt päikesepatareide elementide, sulgude ja muude osade kinnitamiseks ning kosmosetehnoloogia koormatud pindade remonditöödeks. Nende oluline puudus on märkimisväärne gaasi eraldumine (kuni 8%) vaakumiga kokkupuutel ja kõrgendatud temperatuurid. pilkupüüdev gaasilised tooted saastavad kosmoselaevale paigaldatud optilis-elektrooniliste seadmete tööpindu ja määravad sageli nende jõudluse. Seadmete puhtuse tagamiseks (nende töökindluse pikendamiseks) tuleks välja töötada ja kasutada materjale (sealhulgas liimid), mille kogumassikadu ei ületa 1,0% ja kergesti kondenseeruvate ainete eraldumine kuni 0,1%. RCT toodete välispinnad.
Erinevate materjalide liimimiseks termilise tsükli ning suure vibratsiooni- ja löökkoormuse tingimustes on vaja kasutada kõrgendatud elastsusega liime koos suure tugevusega (kuni 20 MPa). Juhtivad liimid on mõeldud elektriliste kontaktide loomiseks juhtudel, kui kuumjootmine on vastuvõetamatu või võimatu – raskesti ligipääsetavates kohtades, kus ekraani vaheseinad ja korpus kokku puutuvad.
RKT toodetes kasutatakse juhtimissüsteemi seadmetes piisava nakketugevusega juhtivaid struktuurliime:
juhtivate elementide kinnitamine, raadioelektroonikaseadmete elektriahelate paigaldamine;
üksikute sõlmede varjestus keeruka kujuga konstruktsioonides, montaažisõlmede elektriline tihendamine.
Praeguseks on tekkinud teaduslikud ja tehnoloogilised eeldused juhtivate külmkõvastuvate liimide loomiseks, mis ei sisalda Väärismetallid, mis on ette nähtud väga töökindlate elektrit juhtivate ühenduste loomiseks RKT toodete juhtimissüsteemides, üksikute (jootmiseks raskesti ligipääsetavate) kohtade sõelumiseks keeruka kujuga konstruktsioonides. Heade kondiitriomadustega juhtivate liimide loomine võimaldab eemaldada kosmoseaparaadi pinnalt staatilised elektrilaengud ja seega suurendada elektroonikaseadmete elementide töökindlust ja kestust ning vähendada oluliselt toodete tuleohtu.
Süsinikul põhinevad materjalid. Uute süsinikul põhinevate materjalide väljatöötamise vallas on edasiarenduseks süsinik-süsinik, süsinik-karbiid komposiitmaterjalide loomine, mida kasutatakse laialdaselt raketi- ja kosmosetehnoloogias (jõusüsteemide elemendid, soojuskaitse, killustamine ja kiirguskaitseekraanid, raadioläbipaistvad struktuurid jne) ning suurema jõudlusega, aga ka kallineva hinnaga, võimaldab vähendada toodete kaalu 30-50%.
Juhtimistehnoloogiad. Paljutõotavate juhtimistehnoloogiate valdkonnas tuleb esmajärjekorras välja tuua järgmiste ülesannete lahendamine: mitme satelliidi hajutatud juhtimine. kosmosesüsteemid(sealhulgas mikro- ja nanosatelliitidel põhinevad); närvivõrgu tehnoloogiatel põhinevate iseõppivate autonoomsete juhtimissüsteemide arendamine, tehisintellekt; maapealse juhtimise infrastruktuuri vähendamine; avakosmose kasutamise ohutuse tagamine selle saastumise ja kasutusele võetud kosmoselaevade arvu suurenemise tingimustes.
Orbitaalsõidukite (OS) arengusuundade analüüs 20. sajandi lõpus. viitab sellele, et XXI sajandi esimeseks pooleks. iseloomulikud on järgmised nende arengu põhijooned. Esimene funktsioon on seotud kosmoseside valdkonnas tehtavate jõupingutuste märkimisväärse kontsentreerimisega mitme satelliidi madala orbiidiga sidesüsteemide loomise huvides. Näiteks joonisel fig. on toodud lähikosmose piirkonnas erinevatel eesmärkidel kasutatavate orbitaalsõidukite suhtelise arvu eeldatav muutus. Samal ajal kuni XXI sajandi keskpaigani. jätkub geostatsionaarsel orbiidil kasutatavate orbitaalsete side- ja andmeedastusvahendite ning keskmiste orbiitide piirkonnas navigatsioonivahendite juhtroll.
Teine juhtiv suundumus kosmose arengus XXI sajandi esimesel poolel. lähikosmose piirkonnas töötavate orbitaalrajatiste ja süsteemide (eeskätt väikestel kosmoselaevadel, samuti mikro- ja nanosatelliitidel põhinevate) arv suureneb oluliselt.
Samal ajal on oodata väikeste kosmoselaevade, sealhulgas nanosatelliitide suhtelise arvu olulist kasvu, millega kaasneb suurte kosmoselaevade osakaalu vähenemine erinevate probleemide lahendamisel.
Tuleb märkida, et kõnealuste tehnoloogiate eelisarendamine on 21. sajandi astronautika arengu aluseks.
USA-l, Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) riikidel ja Jaapanil on välisriikide seast raskeklassi kandjaid. Esimesed raskevedurid lõid ameeriklased aastatel 1964–1967. Apollo kuuprogrammi toetamiseks. Neist võimsaim, Saturn-5, võimaldas umbes 120 tonni kaaluva kasuliku koorma Maa-lähedasele orbiidile 500 km kõrgusele saata. Apollo ja Skylabi programmide lõppemisega ...
Hiina kasutab side, meteoroloogilise toe ja kaugseire jaoks sõjalisi ja kahesuguse kasutusega kosmoseaparaate ning käivitab ka eksperimentaalseid kosmoseaparaate, sealhulgas sõjalisi. Nende kosmoselaevade juhtimiseks on ette nähtud mitmepunktiline, organisatsiooniliselt ühtne GCC, mida haldab Hiina Kosmoseaparaatide käivitamise, jälgimise, telemeetria ja juhtimise assotsiatsioon. See ühing allub Riiginõukogu kaitseteaduse, -tehnoloogia ja kaitsetööstuse komiteele (KONTOP). NCU osana...
1970. aastate lõpus meie riigis ja USA-s alustati globaalsete navigatsioonisüsteemide GLONASS ja Navstar väljatöötamist ja kasutuselevõttu. Selle osana pidi töötama 24 täissuuruses kosmoselaeva (21 peamist + 3 reservi). Kosmoselaevade arvu märkimisväärne kasv süsteemis on oluliselt raskendanud õigeaegse kasutuselevõtu probleemi lahendamist. 1990ndatel….
Kanderaketi "Start-1" lõi Moskva soojustehnika instituudi (MIT) teadus- ja tehnikakeskuse (NTC) kompleks, mis on tuntud mandritevaheliste ballistiliste rakettide, sealhulgas Topoli ICBM loojana. SS-25), millest sai uue kandja prototüüp. Kanderakett "Start-1" on mõeldud väikeste kosmoselaevade lennutamiseks madalatele maakera orbiitidele. Svobodnõi kosmodroomilt on eksperimentaalse kosmoseaparaadiga juba sooritatud kaks edukat kanderaketti starti ...
Olemasolev kanderakettide süsteem hõlmab kergete, keskmiste ja raskete klasside kosmoselaevu, mis põhinevad kodumaisel Plesetski kosmodroomil ja Kasahstani Vabariigi territooriumil asuval Baikonuri kosmodroomil. Kosmosetaristu objektide üleviimine endiste liiduvabariikide jurisdiktsiooni alla tõi Venemaale kaasa mitmeid probleeme: iseseisvuse tagamine kosmosetegevuse elluviimisel ja eelkõige sõjalises valdkonnas; ratsionaalne…
Raketi- ja kosmosetehnoloogia objektide keerukus tuleneb nende lahendatavate teaduslike, sotsiaalmajanduslike ja kaitseliste ülesannete mitmekesisusest. Tulevikus lähenevad multifunktsionaalsed RCT rajatised oma võimekuses automaatsetele lendavatele robotitele ning nende rühmitused ja juhtimiskompleksid suurtele ruumiliselt hajutatud intelligentsetele süsteemidele. Selliseid süsteeme saab topoloogiliselt kujutada maapealse ruumi intelligentsena infovõrk. Võrgu intelligentsus,…
Euroopa lennuettevõtjate loomisel kasutati lennukiehituses traditsiooniliseks peetavat olemasolevate süsteemide järkjärgulise täiustamise põhimõtet. Seda näitavad kanderaketi erinevad modifikatsioonid, sealhulgas kanderakett Ariane-4. Erinevalt neist on raske Ariane-5 igas mõttes uus samm edasi, seega peaks see kanderakett, nagu Lääne-Euroopa asjatundjad soovitavad, olema uue seeria esimene mudel. Kanderaketi Ariane-5 abiga…
Jaapani riiklik kosmoseadministratsioon NASDA (NASDA) arendab ja käitab kosmoseaparaate side, kaugseire, ilmastiku toetamiseks ja muudeks kaheotstarbelisteks eesmärkideks. Teaduslikke kosmoseaparaate juhib Lennundusuuringute Instituut ISAS (ISAS). Mõlemal organisatsioonil on oma kosmoseaparaadi juhtimine ja mõõteriistad. Siiski näib, et mõnele väljaspool Jaapanit asuvale I&C-le on mõlema organisatsiooni rajatised paigaldatud ja neid kasutatakse vajadusel ühiselt. Siin on NCU...
RCT keerukuse märkimisväärne kasv, kosmoselaevade arendamine pikaajaliseks tööks ja kõrged nõuded töökindluse osas tehti põhimõttelisi muudatusi nende töökindluse tagamise ja jälgimise metoodikas. Põhitähelepanu RCT töökindluse tagamisel ja jälgimisel oli suunatud võimalike rikete ja testimisel ilmnenud rikete põhjuste analüüsile ning tõhusate meetmete väljatöötamisele nende ärahoidmiseks. Kaasaegse metoodika põhiprintsiibid pakkumise ja…
Riiklik kosmoseuuringute ja tootmiskeskus, mis sai nime V.I. M.V. Hrunitšev arendab Angara programmi raames mitmeid kanderakette, mille võtmeelemendiks on raskeklassi kanderakett - 21. sajandi kanderakett. Venemaa kosmoseprogrammi transpordialusena. Uurimis- ja arendustegevus Angara kanderakettide perekonna loomiseks toimub Vene Föderatsiooni presidendi 6. jaanuari 1995. aasta dekreedi nr 14 „Konstruktsiooni loomise kohta ...
Viimase peaaegu seitsme aastakümne jooksul alates esimesest kosmosestardist (arvestamata eelmist 20 aastat kestnud uuringuid ja katseid) on kosmoseaparaatide (SC) konstruktsioone pidevalt täiustatud. Olulise panuse kosmoselaevade konstruktsioonide arengusse andsid nn "test" kosmoselaevad, mis olid loodud spetsiaalselt kosmoselendude konstruktsioonielementide, süsteemide, sõlmede, sõlmede ja plokkide testimiseks ja testimiseks reaalsetes tingimustes ning nende optimaalseks muutmise viisid. rakendus, võimalikud viisid nende ühendamine.
Kui NSV Liidus kasutati automaatsete testkosmoselaevadena laialdaselt praktiliselt ainult ühe Kosmose seeria kosmoseaparaadi modifikatsioone, siis USA-s - mitmeid kosmoseaparaate: ATS, GGTS, 0V, Dodge, TTS, SERT, "RW", jne.
Hoolimata kosmoselaevade konstruktsioonide suurest mitmekesisusest on kõikidele seadmetele omane erinevate konstruktsioonielementide (nn tugiseadmed) ja spetsiaalsete (siht)elektroonikaseadmetega korpuse olemasolu.
Kosmoselaeva korpus on kõigi selle elementide ja sellega seotud seadmete paigaldamise ja paigutamise konstruktsiooni- ja paigutusalus. Näiteks automaatse kosmoseaparaadi puhul näevad tugiseadmed ette vähemalt järgmised pardasüsteemid: orientatsioon ja stabiliseerimine, soojusjuhtimine, toiteallikas, telemeetria, trajektoori mõõtmine, juhtimine ja navigeerimine, juhtimine ja tarkvara, erinevad täitevorganid jne. Mehitatud kosmoselaevadel ja kosmosejaamadel on lisaks elutagamissüsteemid, hädaabi jne.
Kosmoselaeva sihtmärgiks võivad omakorda olla optilised (optilis-elektroonilised), foto-, televisiooni-, infrapuna-, radari-, raadiotehnika-, spektromeetri-, röntgen-, raadioside ja -edastusseadmed, raadiotehnika, radiomeetrilised, kalorimeetrilised jne.
Kõik need süsteemid (nende struktuur, funktsioonid, konfiguratsioon jne) kasutavad kõige kaasaegsemat EKP-d.
Loomulikult sõltuvad kosmoseaparaadi konfiguratsioonid nende otstarbest ja seetõttu erinevad oluliselt - need on kosmoselaeva pidurdusvõimendusüksused, mis viivad kosmoselaeva soovitud trajektooridele, sealhulgas toite- ja parandusmootorid, kütusekambrid. , üksused ja hooldussüsteemid (tagama kosmoselaeva üleviimist madalalt orbiidilt kõrgemale või planeetidevahelisele, teostama vastupidiseid üleminekuid - kõrgelt orbiidilt madalale, trajektoori parameetrite korrigeerimist jne).
Kosmoselaeva "paigutuse" kontseptsioon on lahutamatult seotud kosmoseaparaadi konstruktsiooniga - kõige ratsionaalsema ja kõige tihedama koostisosade ruumilise paigutusega. Sel juhul eristatakse kosmoselaeva sisemist ja välist (aerodünaamilist) paigutust.
Konkreetse kosmoseaparaadi disaini väljatöötamise ülesanne on üsna keeruline, kuna on vaja arvestada paljude teguritega, mis on sageli üksteisega vastuolus. Näiteks on vaja tagada minimaalne side kosmoselaeva ja maapealse kompleksi vahel (eriti kanderakettide puhul), meeskonna ohutus ja mugavus (mehitatud kosmoselaevade puhul), ohutu töö ja hooldus stardipositsioonil ja lennu ajal, tagades kindlaksmääratud stabiilsuse, juhitavuse, termiliste tingimuste ja kosmoselaeva aerodünaamiliste omaduste parameetrid ning palju muud.
Kosmoselaevade projekteerijate ülesande teeb keeruliseks asjaolu, et nende lahenduse optimaalsuse kriteeriumiks ei ole mitte ainult kosmoselaeva massi minimeerimine, vaid ka selle maksumus ja loomise tähtajad koos garanteeritud töökindlusparameetrite, multifunktsionaalsuse jms tagamisega.
Maa esimene kosmoselaev "Vostok 1", mis tõstis esimese inimese madalale Maa orbiidile.
Kosmoselaevast startinud laev tegi teatavasti ümber planeedi Maa vaid ühe (aga esimese inimkonna ajaloos) pöörde ning lend toimus täielikult a. automaatrežiim, milles esimene kosmonaut oli justkui "reisija", kes oli iga hetk valmis kontrolli enda peale ümber lülitama. Kuigi tegelikkuses ei olnud meie klassifikatsiooni järgi tegemist “mehitatud” lennuga, vaid täisautomaatse lennuga, aga see on just nii, kui klassifikatsioon ei kajasta alati korrektselt käimasoleva protsessi (nähtuse, sündmuse) olemust.
Üks esimesi (1977) Voyageri seeria pikamaa-kosmoselaevu (nn "kosmosesond") (kuulsaimad kosmoselaevad on Voyager-1 ja Voyager-2). Mõnede kirjandusallikate väitel on see 723-kilone automaatsond, mis lasti õhku 5. septembril 1977 ning oli loojate üllatuseks mõeldud uurimistööks ja selle lähiümbrusesse, endiselt normaalses töökorras ja seoses selle asjaoluga isegi täidab uut (lisa)ülesannet – piiride asukoha määramist Päikesesüsteem, sealhulgas "" (), kuigi vastavalt arendajate kavatsusele oli selle esialgne põhiülesanne ainult uurida kahte - ja (see oli esimene sond, mis tegi üksikasjalikke pilte kõigist nende planeetide satelliitidest)
Kosmoseaparaatide selline pikaajaline aktiivne olemasolu on peamiselt tingitud
elektroonika loomisel tehtud optimaalsed insenertehnilised otsused
pardaseadmed, kompleksi jaoks sobiva EKP pädev valik
oma pardasüsteemidega.
Kosmose uurimata sügavused on inimkonda huvitanud palju sajandeid. Teadlased ja teadlased on alati astunud samme tähtkujude ja kosmose tundmise poole. Need olid sel ajal esimesed, kuid märkimisväärsed saavutused, mis aitasid selle valdkonna teadusuuringuid edasi arendada.
Oluline saavutus oli teleskoobi leiutamine, mille abil õnnestus inimkonnal palju kaugemale vaadata. avakosmos ja õppida lähemalt tundma meie planeeti ümbritsevaid kosmoseobjekte. Meie ajal tehakse kosmoseuuringuid palju lihtsamalt kui neil aastatel. Meie portaal pakub teile palju huvitavaid ja põnevaid fakte Kosmose ja selle saladuste kohta.
Esimene kosmoselaev ja tehnoloogia
Aktiivne avakosmose uurimine algas meie planeedi esimese kunstlikult loodud satelliidi käivitamisega. See sündmus pärineb aastast 1957, mil see Maa orbiidile saadeti. Mis puutub esimest orbiidile ilmunud aparaati, siis selle disain oli äärmiselt lihtne. See seade oli varustatud üsna lihtsa raadiosaatjaga. Selle loomisel otsustasid disainerid hakkama saada kõige minimaalsema tehnilise komplektiga. Sellegipoolest oli esimene lihtsaim satelliit kosmosetehnoloogia ja -seadmete uue ajastu väljatöötamise algus. Praeguseks võime öelda, et sellest seadmest on saanud inimkonna ja paljude teaduslike uurimisharude arengu tohutu saavutus. Lisaks oli satelliidi orbiidile viimine saavutus kogu maailmale, mitte ainult NSV Liidule. See sai võimalikuks tänu disainerite raskele tööle mandritevaheliste ballistiliste rakettide loomisel.
Just kõrged saavutused raketiteaduses võimaldasid disaineritel mõista, et kanderaketi kasuliku koormuse vähendamisega on võimalik saavutada väga suuri lennukiirusi, mis ületavad kosmosekiirust ~ 7,9 km/s. Kõik see võimaldas viia esimese satelliidi Maa orbiidile. Kosmoselaevad ja tehnoloogia on huvitavad paljude erinevate väljapakutud disainilahenduste ja kontseptsioonide tõttu.
Laiemas mõttes on kosmoseaparaat seade, mis transpordib seadmeid või inimesi selle piirini, kus maakera atmosfääri ülemine osa lõpeb. Kuid see on väljapääs ainult Kosmose lähedale. Erinevate kosmoseprobleemide lahendamisel jagatakse kosmoseaparaadid järgmistesse kategooriatesse:
Suborbitaalne;
Orbitaalsed või Maa-lähedased, mis liiguvad geotsentrilistel orbiitidel;
Planeetidevaheline;
Planetaarne.
NSV Liidu disainerid tegelesid esimese satelliidi kosmosesse saatmiseks raketi loomisega ning selle loomine võttis vähem aega kui kõigi süsteemide peenhäälestus ja silumine. Samuti mõjutas ajategur satelliidi primitiivset konfiguratsiooni, kuna just NSV Liit püüdis saavutada selle loomise esimese kosmilise kiiruse näitajat. Veelgi enam, raketi väljapoole planeeti saatmine oli sel ajal olulisem saavutus kui satelliidile paigaldatud seadmete kogus ja kvaliteet. Kogu tehtud tööd kroonis kogu inimkonna triumf.
Nagu teate, oli avakosmose vallutamine just alanud, mistõttu saavutasid disainerid raketiteaduses üha rohkem, mis võimaldas luua arenenumaid kosmoseaparaate ja seadmeid, mis aitasid kosmoseuuringutes teha tohutu hüppe. Samuti võimaldas rakettide ja nende komponentide edasiarendamine ja moderniseerimine saavutada teise kosmosekiiruse ja suurendada pardal olevat kasulikku lasti massi. Kõige selle tõttu sai 1961. aastal võimalikuks esimene raketi start mehega pardal.
Portaali sait võib rääkida palju huvitavat kosmoselaevade ja tehnoloogia arengu kohta kõigi aastate ja kõigis maailma riikides. Vähesed teavad, et teadlased alustasid kosmoseuuringutega juba enne 1957. aastat. Esimesed teaduslikud seadmed uurimiseks saadeti avakosmosesse 1940. aastate lõpus. Esimesed kodumaised raketid suutsid teadusaparatuuri tõsta 100 kilomeetri kõrgusele. Lisaks polnud tegemist ühe stardiga, neid viidi läbi üsna sageli, samal ajal kui nende maksimaalne tõusukõrgus ulatus 500 kilomeetrini, mis tähendab, et esimesed ideed kosmose kohta olid olemas juba enne kosmoseajastu algust. Tänapäeval, kui kasutatakse kõige rohkem uusimad tehnoloogiad need saavutused võivad tunduda primitiivsed, kuid need võimaldasid saavutada seda, mis meil praegu on.
Loodud kosmoselaevad ja tehnoloogia nõudsid tohutu hulga erinevate ülesannete lahendamist. Olulisemad küsimused olid:
- Kosmoselaeva õige lennutrajektoori valimine ja selle liikumise edasine analüüs. Selle probleemi lahendamiseks oli vaja aktiivselt areneda taevamehaanika millest sai rakendusteadus.
- Kosmose vaakum ja kaaluta olek on seadnud teadlastele omad ülesanded. Ja see pole mitte ainult usaldusväärse suletud korpuse loomine, mis suudaks vastu pidada üsna karmidele kosmosetingimustele, vaid ka selliste seadmete väljatöötamine, mis suudaksid kosmoses oma ülesandeid täita sama tõhusalt kui Maal. Kuna kõik mehhanismid ei saanud kaaluta olekus ja vaakumis ideaalselt töötada samamoodi kui maapealsetes tingimustes. Peamine probleem oli termilise konvektsiooni välistamine suletud ruumides, see kõik segas paljude protsesside normaalset kulgu.
- Seadmete tööd häiris ka Päikeselt tulev soojuskiirgus. Selle mõju kõrvaldamiseks tuli välja mõelda uued seadmete arvutusmeetodid. Samuti mõeldi välja palju seadmeid, et säilitada normaalsed temperatuuritingimused kosmoselaeva enda sees.
- Suureks probleemiks oli kosmoseseadmete toide. Projekteerijate optimaalseim lahendus oli päikesekiirguse muundamine elektriks.
- Raadioside ja kosmoselaevade juhtimise probleemi lahendamine võttis üsna kaua aega, kuna maapealsed radarseadmed said töötada vaid kuni 20 tuhande kilomeetri kaugusel ja sellest ei piisa kosmose jaoks. Meie aja ülipika raadioside areng võimaldab teil säilitada kontakti sondide ja muude seadmetega miljonite kilomeetrite kaugusel.
- Sellegipoolest jäi suurimaks probleemiks kosmoseseadmete varustuse täiustamine. Esiteks peab tehnika olema usaldusväärne, kuna kosmoses remont oli reeglina võimatu. Mõeldi ka uutele viisidele info paljundamiseks ja salvestamiseks.
Tekkinud probleemid on äratanud huvi erinevate teadmisvaldkondade teadlastes ja teadlastes. Ühine koostöö võimaldas saavutada positiivseid tulemusi ülesannete lahendamisel. Kõige selle tõttu hakkas tekkima uus teadmiste valdkond, nimelt kosmosetehnoloogia. Sellise disaini tekkimine oli oma eripära, eriteadmiste ja tööoskuste tõttu eraldatud lennundusest ja teistest tööstusharudest.
Vahetult pärast esimese kunstliku Maa satelliidi loomist ja edukat käivitamist toimus kosmosetehnoloogia arendamine kolmes põhisuunas, nimelt:
- Maa satelliitide projekteerimine ja valmistamine erinevateks ülesanneteks. Lisaks tegeleb tööstus nende seadmete moderniseerimise ja täiustamisega, tänu millele on võimalik neid laiemalt kasutada.
- Aparatuuri loomine planeetidevahelise ruumi ja teiste planeetide pindade uurimiseks. Reeglina täidavad need seadmed programmeeritud ülesandeid ning neid saab ka kaugjuhtida.
- Kosmosetehnoloogia töötab erinevaid mudeleid kosmosejaamade loomine, kus teadlased saavad teadustegevust läbi viia. See tööstusharu tegeleb ka mehitatud kosmoselaevade projekteerimise ja valmistamisega.
Paljud kosmosetehnoloogia valdkonnad ja teise kosmosekiiruse saavutamine on võimaldanud teadlastel pääseda ligi kaugematele kosmoseobjektidele. Seetõttu oli 50ndate lõpus võimalik satelliit Kuu poole saata, lisaks võimaldas juba tolleaegne tehnoloogia saata uurimissatelliite lähimatele Maa lähedal asuvatele planeetidele. Niisiis võimaldasid esimesed Kuud uurima saadetud sõidukid inimkonnal esimest korda õppida tundma avakosmose parameetreid ja näha Kuu kaugemat külge. Sellest hoolimata oli kosmoseajastu alguse kosmosetehnoloogia endiselt ebatäiuslik ja kontrollimatu ning pärast kanderaketist eraldumist pöörles põhiosa üsna kaootiliselt ümber oma massikeskme. Kontrollimatu pöörlemine ei võimaldanud teadlastel palju uurimistööd teha, mis omakorda ajendas disainereid looma arenenumaid kosmoseaparaate ja tehnoloogiat.
Just juhitavate sõidukite väljatöötamine võimaldas teadlastel teha veelgi rohkem uuringuid ja saada rohkem teada ilmaruumi ja selle omaduste kohta. Samuti võimaldab kosmosesse saadetud satelliitide ja muude automaatsete seadmete kontrollitud ja stabiilne lend tänu antennide orientatsioonile täpsemalt ja tõhusamalt edastada Maale infot. Tänu juhitavale juhtimisele on võimalik teha vajalikke manöövreid.
1960. aastate alguses suunati satelliite aktiivselt lähimatele planeetidele. Need stardid võimaldasid naaberplaneetide tingimustega paremini tutvuda. Kuid selle aja suurim õnnestumine kogu meie planeedi inimkonna jaoks on Yu.A. lend. Gagarin. Pärast NSV Liidu saavutusi kosmoseseadmete ehitamisel pööras enamik maailma riike erilist tähelepanu ka raketiteadusele ja oma kosmosetehnoloogia loomisele. Sellegipoolest oli NSV Liit selles tööstusharus liider, kuna ta lõi esimesena pehme maandumise teostava aparaadi. Pärast esimesi edukaid maandumisi Kuule ja teistele planeetidele seati ülesandeks kosmosekehade pindade täpsem uurimine pindade uurimise ning fotode ja videote Maale edastamise automaatsete seadmete abil.
Esimesed kosmoselaevad, nagu eespool mainitud, olid juhitud ja ei saanud Maale naasta. Juhitavate seadmete loomisel seisid disainerid silmitsi seadmete ja meeskonna ohutu maandumise probleemiga. Kuna seadme väga kiire sattumine Maa atmosfääri võib selle hõõrdumise käigus kuumusest lihtsalt ära põletada. Lisaks pidid seadmed naastes maanduma ja turvaliselt alla pritsima väga erinevates tingimustes.
Kosmosetehnoloogia edasiarendamine võimaldas toota orbitaaljaamu, mida saab kasutada aastaid, muutes samal ajal pardal olevate teadlaste koosseisu. Esimene seda tüüpi orbitaalsõiduk oli Nõukogude Saljuti jaam. Selle loomine oli inimkonna jaoks järjekordne tohutu hüpe maailmaruumi ja nähtuste tundmises.
Ülal on väga väike osa kõigist sündmustest ja saavutustest kosmoselaevade ja tehnoloogia loomisel ja kasutamisel, mis loodi maailmas kosmoseuuringute jaoks. Kuid siiski oli kõige märkimisväärsem aasta 1957, millest algas aktiivse raketiteaduse ja kosmoseuuringute ajastu. Just esimese sondi käivitamine tõi kaasa kosmosetehnoloogia plahvatusliku arengu kogu maailmas. Ja see sai võimalikuks tänu uue põlvkonna kanderaketi loomisele NSV Liidus, mis suutis sondi Maa orbiidi kõrgusele tõsta.
Selle kõige ja palju muu kohta lisateabe saamiseks pakub meie portaal teile palju põnevaid artikleid, videoid ja fotosid kosmosetehnoloogiast ja objektidest.
