Stress-strain state analysis of the design of full-turning vertical empennage for aero-spacecraft

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

In this work, the most rational schemes to designing the skin of a full-turning vertical empennage element (stabilator) have been studied. Skin designing schemes were chosen according to aero-spacecraft operating conditions in the re-entry trajectory. During designing process, the requirements for reusable structures of tourist-class aero-spacecrafts were taken into account, such as: maximum simplicity and endurance of the product. To determine the mechanical loads acting on the keel during its movement in the air, a numerical simulation of the aerodynamic flow-around the stabilator profile at 5 arbitrary points on the flight path was carried out. The parameters used for the analysis are: flight velocity, density and viscosity of the air. Of the 5 obtained fields of dynamic pressure acting on the stabilator, the field that creates the largest distributed load was used as the boundary condition for the analysis of the stress-strain state of the structure. The problem of mechanical loading of the stabilator was solved separately for each of the previously studied structural schemes of the skin. Based on the obtained calculation results the optimal skin structural scheme was chosen by comparing the displacements on the line connecting ribs.

Авторлар туралы

Andrey Chistyakov

Bauman Moscow State Technical University (National Research University of Technology)

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: chistyakov_andrew@outlook.com

Master Student of the Department SM-13 Rocket and Space Composite Structures, BMSTU

5 2-ya Baumanskaya St, bldg 1, Moscow, 105005, Russian Federation

Valery Timoshenko

Bauman Moscow State Technical University (National Research University of Technology)

Email: moltim@yandex.ru

Professor of the Department SM-13 Rocket and Space Composite Structures, BMSTU; Dr. Sc.

5 2-ya Baumanskaya St, bldg 1, Moscow, 105005, Russian Federation

Әдебиет тізімі

  1. Shuttle technical facts. Available from: http://www. esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/ Space_Shuttle/Shuttle_technical_facts (accessed: 16.02.2020).
  2. Advanced Aerospace Medicine On-line. Section 4.1.7: Returning from space: Reentry. Available from: https://www. faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/avs/offices/aam/ cami/library/online_libraries/aerospace_medicine/tutorial/media/ iii.4.1.7_returning_from_space.pdf (accessed: 16.02.2020).
  3. Space shuttle. Available from: https://www.nasa.gov/ mission_pages/shuttle/main/index.html (accessed: 16.02.2020).
  4. Space shuttle. Issues associated with the Vandenberg launch site. U.S. GAO Briefing Report no. NSIAD-87-32BR, 1986.
  5. ESA space resources strategy. Available from: https:// sci.esa.int/documents/34161/35992/1567260390250-ESA_ Space_Resources_Strategy.pdf (accessed: 15.02.2020).
  6. Virgin Galactic. Available from: https://www. virgingalactic.com/learn/ (accessed: 22.02.2020).
  7. Blue Origin. Available from: https://www.blueorigin. com/new-shepard/ (accessed: 22.02.2020).
  8. Boeing. Available from: https://www.boeing.com/ space/starliner/ (accessed: 22.02.2020).
  9. Bigelow Aerospace. Available from: https:// bigelowaerospace.com/pages/b330/ (accessed: 22.02.2020).
  10. Orion Span. Available from: https://www.orionspan. com/ (accessed: 22.02.2020).
  11. Axiom Space. Available from: https://www.axiomspace. com/axiom-station (accessed: 22.02.2020).
  12. SpaceX. Available from: https://www.spacex.com/ starship (accessed: 22.02.2020).
  13. Ageeva TG, Dudar EN, Reznik SV. Kompleksnaya metodika proektirovaniya konstrukcii kryla mnogorazovogo kosmicheskogo apparata [Complex methodology for designing the wing structure of a reusable spacecraft] Aviakosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya [Aerospace Engineering and Technology]. 2010;2:3-8.
  14. Abzug MJ, Larrabee EE. Airplane stability and control. Second edition. A history of the technologies that made aviation possible. Cambridge university press; 2002.
  15. Ko WL, Quinn RD, Gong L. Finite-element reentry heat-transfer analysis of space shuttle orbiter. NASA technical. 1986;paper 2657:56.
  16. Lyndon B. Space shuttle technical conference. NASA conference, 1983; Publication 2342, Part 1: 597.
  17. Reznik SV, Prosuntsov PV, Mikhailovskii KV. Prediction of thermophysical and thermomechanical characteristics of porous carbon-ceramic composite materials of the heat shield of aerospace craft. J. Eng. Phys. Thermophy. 2015;88(3):594-601. http://dx.doi.org/10.1007/s10891-015-1227-1
  18. Reznik SV, Mikhailovskii KV, Prosuntsov P.V. Heat and mass transfer in the chemical vapor deposition of silicon carbide in a porous carbon-carbon composite material for a heat shield. J. Eng. Phys. Thermophy. 2017;90(2):291-300. http:// dx.doi.org/10.1007/s10891-017-1567-0
  19. Reznik SV, Prosuntsov PV, Mikhaylovskii KV. Development of elements of reusable heat shields from a carbon-ceramic composite material 1. Theoretical forecast. J. Eng. Phys. Thermophy. 2019;92(1):89-94. http://dx.doi.org/10.1007/ s10891-019-01910-0
  20. Reznik S, Prosuntsov P, Mikhaylovskiy K. Development verification of coatings made from porous ceramicmatrix composite materials. MATEC Web of Conferences. 2018; 224: 03019. http://dx.doi.org/10.1051/matecconf/201822403019
  21. The space shuttle and its operations. Processing the shuttle for flight. Available from: https://www.nasa.gov/centers/ johnson/pdf/584723main_Wings-ch3b-pgs74-93.pdf (accessed: 25.02.2020).
  22. Zakkay V, Miyazawa M, Wang C. Lee surface flow phenomena over Space Shuttle at large angles of attack at M infinity = 6. 1975.
  23. Prosuntsov PV, Taraskin NY. Theoretical and numerical characterization of the thermal physical properties of carbon ceramic materials. MATEC Web of Conferences, 2016;72: 1-7.
  24. Zhitomirskij GI. Konstrukciya samoletov [Aircraft design]. Moscow: Mashinostroenie Publ., 1995. (In Russ.)
  25. Ageeva TG. Razrabotka metodiki proektirovaniya teplonagruzhennyh elementov konstrukcij kryl’ev suborbital’nyh mnogorazovyh kosmicheskih apparatov [Development of methods for designing heat-loaded structural elements of wings of suborbital reusable spacecraft]: dis. ... candidate of technical sciences: 05.07.03: defended 06.04.17. Moscow, 2017

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».