Разработка технологии испытания на герметичность собранного космического аппарата на предприятии-изготовителе  

 

 

 

Дипломный проект

 

 

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИСПЫТАНИЯ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ СОБРАННОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НА ПРЕДПРИЯТИИ ИЗГОТОВИТЕЛЕ

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

АБ – аккумуляторная батарея

АМТ – агрегат малой тяги

БКД – блок клапанов дренажа

БКП – блок клапанов пуска

БТ – бак топливный

БУК – блок управления и контроля

ВК – вакуумная камера

ВПУ – выносной прибор усилителя

ГА – гидроаккумулятор

ГАС – гелиево-азотная смесь

ГВС – гелиево-воздушная смесь

ДУ – двигательная установка

ДВ – дублирующий вентилятор

ЗБК – заправочный блок контура

ЗБК-ДП – дренажная часть заправочного блока контура П

ЗБК-ДР – дренажная часть заправочного блока контура Р

ЗБК-ЗП – заправочная часть заправочного блока контура П

ЗБК-ЗР – заправочная часть заправочного блока контура Р

ЗИ – завод изготовитель

КА – космический аппарат

КД – клапан дренажный

КДП – клапан дренажный контура П

КЗ – клапан заправочный

КТ – компонент топлива

КТК – контрольная течь капиллярная

ОМ – обеспечивающий модуль

ОВ – основной вентилятор

ПАП – пульт автономных проверок

СА – специальная аппаратура

СМ – специальный модуль

СТР – система терморегулирования

ШБ – шар-баллон

ЭЖКГАГ – электрожидкостный клапан гидроаккумулятора горючего

ЭЖКГАО – электрожидкостный клапан гидроаккумулятора окислителя

ЭЖКГ – электрожидкостный клапан горючего

ЭЖКО – электрожидкостный клапан окислителя

ЭПКН – электропневмоклапан

 

 

1 КОНСТРУКТОРСКИЙ  РАЗДЕЛ

1.1 АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ  ТРАВЕРСЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ  КА.

Траверса представляет собой сборную конструкцию. Основными частями траверсы являются балка и две подвески.

Балка – это сварная конструкция в виде коромысла, усиленного ребрами жесткости. Балка и ребра жесткости изготовлены из стали листовой горячекатаной нормальной точности и нормальной плоскостности Б-ПН-28 ГОСТ 19903-74, материал листов Ст.3сп5 ГОСТ 14637-89. Толщина листа балки 28 мм, ребер – 10 мм. Отверстия в балке подкреплены бонками из круглого стального горячекатаного проката обычной точности по ГОСТ 2590-88, марки Ст3пс категории 3 группы II (Ст3пс3-II ГОСТ 535-88). Сварка элементов к балке осуществляется по ГОСТ 14771-76 УП, проволокой св. 08 Г2С по ГОСТ 2246-70. Допускается сварка по ГОСТ 5264-80 электродом Э 42 А ГОСТ 9467-75. Контроль качества сварных соединений осуществляется по РД-34.10.130-96.

Подвески – это симметрично закрепленные по двум концам балки элементы, обеспечивающие необходимую свободную подвижность КА, и по габаритам подходящие под габариты испытываемого КА. В каждой подвеске по четыре звена элементов. Расстояние между подвесками может регулироваться в результате закрепления их в любое из трех отверстий, расположенных симметрично на обоих концах балки. Детали подвесок: 2 серьги из поковок группы IV с категорией прочности 22 (IV-КП 22 ГОСТ 8479-70) изогнутые ковкой по ГОСТ 7829-70, материал сталь 20 ГОСТ 1050-88; 2 планки и 2 подвески из листовой горячекатаной стали Б-ПН-28 ГОСТ 19903-74, материал 325-09Г2С-св12 ГОСТ 19281-89; 2 вилки из круглого стального горячекатаного проката обычной точности по ГОСТ 2590-88, марки Ст3сп5 ГОСТ 535-88; пальцы, служащие осями соединяющими элементы друг к другу, из материала Сталь 45 ГОСТ 1050-88; 2 ограничителя из материала Сталь 20 ГОСТ 1050-88, которые стопорят цапфы КА, чтобы они не выскочили из подвесок.

Предназначение траверсы заключается в закреплении КА к грузоподъемному крану. При помощи крана выполняется транспортирование КА (для данного дипломного проекта важны функции загрузки КА в вакуумную камеру и выгрузки из нее).

1.2 РАСЧЕТ  НА ПРОЧНОСТЬ ТРАВЕРСЫ

В соответствии с техническим заданием необходимо рассчитать элементы траверсы на прочность и выяснить, подходит ли траверса для подъема испытываемого КА, масса которого составляет 8000 кг.

1.2.1 Расчет балки (поз.1) в  сечении А-А и Б-Б.

Исходные данные:

Q = Q1 + Q2 = 8000 + 200 = 8200 кг,

где Q1 = 8000 кг – вес КА;

Q2 = 200 кг – вес траверсы.

P = кг – часть веса конструкции, приходящейся на подвеску.

m = 172 см; a = m/2 = 86 см; b = 2,8 см;

h = 29 см; d = 5,6 см;

d1 = 4 см; h1 = 10 см;

r1 = 0,5·d1 = 2 см; R1 = 0,5·h1 = 5 см.

1. Оценка прочности балки в сечении А-А.

Изгибающий момент в сечении А-А:

Mизг = P·a = 4100·86 = 352600 кг·см;

Момент сопротивления поперечного сечения:

 см3;

Напряжение изгиба в сечении А-А:

 кг/см2;

Коэффициент запаса прочности балки из стали марки Ст3сп5 (σт = 2400 кг/см2):

(nдоп ≥ 2,5).

2. Определение запаса прочности балки в сечении Б-Б.

Напряжение изгиба в проушине балки, сеч. Б-Б:

 кг/см2;

Коэффициент запаса прочности проушины:

(nдоп ≥ 2,5).

1.2.2 Расчет серьги (поз.3).

Исходные данные:

Q = 8200 кг; Д = 14 см;  Д1 = 13 см;

d =5,6 см; l = 24 см; В = 5,4 см;

b = 2,8; b1 = 5,6 см; h = 5,0 см;

R = 0,5·Д1 = 0,5·13 = 6,5 см;

r = 0,5·d = 0,5·5,6 = 2,8 см;

; α/2 = 13º48'.

1. Определение запаса прочности поперечины серьги.

Напряжение в поперечине серьги определяется по формуле

 

где M1 – изгибающий момент в точке А, кг·см;

W1 – момент сопротивления поперечного сечения, см3;

P1 – растягивающее усилие, кг;

F1 – площадь поперечного сечения, см2.

Изгибающий момент в точке А

 кг·см;

Растягивающее усилие

 кг;

Момент сопротивления поперечного сечения

 см3;

Площадь поперечного сечения

F1 = b1·h = 5,6·5 = 28 см2;

Напряжение в поперечине серьги:

 кг/см2;

Коэффициент запаса прочности поперечины серьги из стали марки 20 (σт = 2400 кг/см2):

(nдоп ≥1,5).

2. Запас прочности боковых частей серьги.

Напряжение в боковых частях серьги

 

Изгибающий момент

 кг·см;

Растягивающее усилие

 кг;

Напряжение

 кг/см2;

Коэффициент запаса прочности боковых частей серьги:

(nдоп ≥1,5).

3. Запас прочности проушины серьги.

Напряжение в проушине серьги

 кг/см2;

Коэффициент запаса прочности проушины:

(nдоп ≥ 2,5).

4. Запас прочности проушины серьги при смятии.

Напряжение в отверстии серьги при смятии

 кг/см2;

Допускаемое напряжение при смятии для стали марки 20 – [σсм] = 1750 кг/см2.

Коэффициент запаса прочности проушины серьги при смятии:

(nдоп ≥ 2).

1.2.3 Расчет пальца (поз. 8).

1. Определение прочности пальца при изгибе.

Изгибающий момент

 кг·см;

Момент сопротивления поперечного сечения пальца

W2 = 0,1·d3 = 0,1·175,6 = 17,56 см3;

Напряжение изгиба в пальце

 кг/см2;

Допускаемое напряжение при изгибе для стали марки 45 – [σизг] = 1750 кг/см2;

Коэффициент запаса прочности пальца при изгибе

(nдоп ≥ 1,25).

2. Прочность пальца при срезе.

Напряжение в пальце при срезе

 кг/см2;

Допускаемые напряжение при срезе для стали марки 45 – [τср] = 850 кг/см2.

Коэффициент запаса прочности пальца при срезе:

(nдоп ≥ 1,25).

3. Прочность пальца при смятии.

Напряжение в пальце при смятии

(nдоп ≥ 2).

1.2.4 Расчет серьги (поз.4).

Исходные данные:

P = Q/2 = 4100 кг; Д = 9 см; Д1 = 8 см;

l = 15 см; d = 4 см; d1 = 4 см;

b = 2,5 см; В = 4 см;

R = 0,5·Д1 = 0,5·8 = 4 см;

r = 0,5·d1 =0,5·4 = 2 см;

tg(α/2) = ; α/2 = 12°48´.

1. Прочность поперечины серьги

Изгибающий момент в точке А

 кг·см;

Растягивающее усилие

 кг;

Момент сопротивления поперечного сечения

 см3;

Площадь поперечного сечения

F1 = π·r2 = 3.14·22 = 12,56 см2;

Напряжение в поперечине серьги:

 кг/см2;

Коэффициент запаса прочности поперечины серьги из стали марки 20 (σт = 2400 кг/см2):

(nдоп ≥ 1,5).

2. Прочность боковых частей.

Изгибающий момент

 кг·см;

Растягивающее усилие

 кг;

Напряжение в боковых частях серьги

 кг/см2;

Коэффициент запаса прочности боковых частей серьги:

(nдоп ≥ 1,5).

3. Прочность проушины серьги.

Напряжение в проушине серьги

 кг/см2;

Коэффициент запаса прочности проушины:

(nдоп ≥ 2,5).

4. Прочность серьги при смятии.

Напряжение в отверстии серьги при смятии

 кг/см2;

Допускаемое напряжение при смятии для стали 20 [σсм] = 1750 кг/см2.

Коэффициент запаса прочности проушины серьги при смятии:

(nдоп ≥ 2).

1.2.5 Расчет пальца (поз. 9).

1. Прочность пальца при изгибе.

Изгибающий момент

 кг·см;

Момент сопротивления поперечного сечения пальца

 см3;

Напряжение изгиба в пальце серьги

 кг/см2;

Допускаемое напряжение при изгибе для стали марки 45 [σизг] = 1750 кг/см2;

Коэффициент запаса прочности пальца при изгибе:

(nдоп ≥ 1,25).

2. Прочность пальца при срезе.

Напряжение в пальце при срезе

 кг/см2;

Допускаемое напряжение при срезе для стали марки 45 [τср] = 850 кг/см2.

Коэффициент запаса прочности пальца при срезе:

(nдоп ≥ 1,25).

3. Прочность пальца при смятии.

Напряжение в пальце при смятии

 кг/см2;

Допускаемое напряжение при смятии для стали марки 45 [σсм] = 2100 кг/см2;

Коэффициент запаса прочности пальца при смятии

(nдоп ≥ 2).

1.2.6 Проушина планки (поз. 5).

Исходные данные:

P = 4100 кг; R = 5,0 см; r = 2,2 см;

b = 2,8 см; h = 2,8 см;

d = 2·r = 4,4 см;

сталь марки 09Г2С (σт = 2900 кг/см2).

1. Прочность проушины планки при растяжении.

Напряжение растяжения в проушине

 кг/см2;

Коэффициент запаса прочности:

(nдоп ≥ 4).

2. Прочность проушины планки при изгибе.

Напряжение изгиба в проушине

 кг/см2;

Коэффициент запаса прочности проушины при изгибе:

(nдоп ≥ 2,5).

1.2.7 Проушина вилки (поз. 6).

Исходные данные:

Р/2 = 2050 кг; R = 3,5 см; r = 2,0 см;

d = 2·r = 4,0 см;

b = 2,0 см; h = 1,5 см;

сталь марки Ст3сп5 (σт = 2400 кг/см2).

1. Прочность проушины вилки при растяжении.

Напряжение растяжения в проушине

 кг/см2;

Коэффициент запаса прочности:

(nдоп ≥ 4).

2. Прочность проушины вилки при изгибе.

Напряжение изгиба в проушине

 кг/см2;

Коэффициент запаса прочности проушины при изгибе:

(nдоп ≥ 2,5).

1.3 ВЫВОДЫ ПО КОНСТРУКТОРСКОМУ РАЗДЕЛУ

В конструкторском разделе была проанализирована и расчитана на прочность траверса для транспортировки КА.

В результате расчета на прочность было выяснено, что траверса подходит для погрузки КА массой 8000 кг в ВК и выгрузки из нее.

По габаритам траверса подходит и для испытываемого КА и для вакуумной камеры.

 

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В технологическом разделе дипломного проекта разрабатывается технология испытания собранного КА (далее по тексту – изделие) на герметичность.

Технология испытания определяет порядок, условия и методы испытания на герметичность изделия на заводе изготовителе.

Целью испытания на герметичность является подтверждение заданной в КД степени негерметичности конструкции изделия.

Проверяемые сборки считаются герметичными, если зафиксированные в результате испытаний значения утечки контрольного газа меньше заданной в КД.

Испытаниям на герметичность подвергаются следующие сборки, находящиеся в составе изделия:

• двигательная установка (ДУ);
• контур СТР;
• отсек специальной аппаратуры (СА);
• гермоотсек ОМ.

2.2 ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К УСЛОВИЯМ, ОБЕСПЕЧЕНИЮ И ПРОВЕДЕНИЮ ИСПЫТАНИЙ

1. Испытания на герметичность проводятся методом «вакуумирования» в вакуумной камере (ВК) сравнением с контрольной течью.
2. Сравнение с контрольной течью производится путем прямой градуировки испытательной системы «течеискатель – ВК».
3. Объемная доля гелия в атмосфере помещения, где проводятся испытания, не должно превышать нормальную объемную долю гелия в атмосфере (5·10-4 %.) более чем в 1,5 раза.
4. На поверхностях изделия не должно быть следов влаги, механических, физических и других видов загрязнений. Подготовку поверхностей и контроль качества очистки производится в следующем объеме:
1. Механическая очистка поверхностей изделия пылесосом и протиркой.
2. Химическая очистка с применением нефрасов С2-80/120, СЗ-80/120 ТУ38.401-67-108-92 и спирта «Экстра» ГОСТ Р 51652-2000.
3. Контроль качества очистки поверхностей изделия визуальным методом и протиркой с применением спирта «Экстра» ГОСТ Р 51652-2000.
5. Скорость изменения давления в ВК при вакуумировании и напуске воздуха не должна превышать 981 Па/с (0,01 кгс/(см2·с)). Контроль скорости изменения давления в ВК производится с помощью вакуумметра технического ВК и секундомера СОСпр2б-2 ТУ 25-1894.003-90.
6. Скорость изменения давления в гермоотсеке ОМ и отсеке СА при заправке и стравливании не должна превышать 981 Па/с (0,01 кгс/(см2·с)). Контроль скорости изменения давления в гермоотсеке ОМ производится по манометру МН16 (см. приложение 1) и секундомеру СОСпр2б-2, в отсеке СА – по манометру МН17.
7. Значение падения давления в гермоотсеке ОМ и отсеке СА при откачке ВК не должно превышать 5,0 кПа (0,05 кгс/см2).