Потребность в кодексах этики и контроле

ЛР № 3

6. ОСОБЕННОСТИ ФЕРМЕННЫХ И РАМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТСЕКОВ

6.1. Классификация и назначение ферменных конструкций

Ферменные конструкции используются в качестве (рис. 6.1):

- переходных отсеков, соединяющих различные ступени, особенно при горячем разделении;

- основы теплонагруженного агрегата (например, посадочного блока или двигательной установки);

- несущей основы для различных прибо­ров, узлов и конструкций;

- каркасов антенн и панелей солнечных батарей.

Ферменные конструкции в последние годы нашли широкое примене­ние в компоновочных схемах современных РН и автоматических космических аппаратов, так как они:

· относительно легки,

· достаточно просты в изготовлении,

· удобны в эксплуатации,

· отличаются * высокой жесткостью,

* способностью воспринимать ударные нагрузки,

* достаточной надежностью.

Фермы представляют собой пространственные конструкции, состоящие из (рис. 6.2):

- базовых элементов (кронштейны, фитинги, опоры, косынки),

- стержневых элементов, выполненных из различных стандартных профилей (трубы, швеллеры, уголки) и работающих в конструкции на растяжение или сжатие.

Рис. 6.2. Конструктивные схемы переходных ферм:

а – коническая ферма: 1 – стержень; 2 – фитинг;

3 – стыкуемый отсек; 4 – косынка;

б – цилиндрическая ферма: 1 – стержень; 2 – промежуточный шпангоут;

3 – фитинг; 4, 5 – крепежные элементы;

в – цилиндрическая ферма, выполненная из профилей: 1 – стержень;

2 – промежуточный шпангоут; 3 –крепежные элементы

6.4. Рамы в конструкциях PЛА

Рамные конструкции применяются в ЛА для крепления грузов в герметичных контейнерах, приборов и аппаратуры, а также для установки двига­телей в отсеках с большими габаритными размерами.

Конструктивные схемы рам определяются требуемой жесткостью конструкции. Применение для крепления двигателей рамных конструкций оправдано тогда, когда мала высота зоны его крепления или сильно отличаются габаритные размеры двигателей от размеров поперечного сечения ракетного блока.

На рис. 6.8 представлена конструктивная схема рамы крепления четырех двигателей. Она состоит из балок 1, пересекающихся под прямыми углами. Балки имеют верхний 4 и нижний 3 пояса, которые воспринимаю изгибающие моменты. Стенка балки 5 воспринимает поперечную силу. С помощью силовых кронштейнов 2 балки крепятся к корпусу ракетного блока. Наиболее распространенный вид конструкций балок тавровый (рис. 6.9). Для повышения устойчивости стенки балки подкрепляют стойками (рис.6.10а) или выпол­няют выштамповки (рис.6.10б).

Рис. 6.8. Схема рамной конструкции: 1 – балка; 2 – силовой кронштейн;

3 – нижний и 4 – верхний силовые пояса; 5 – стенка

4. КОНСТРУКЦИИ ТОПЛИВНЫХ ОТСЕКОВ РЛА С ЖРД

Топливные отсеки представляют собой большие емкости, предназначенные для размещения компонентов топлива. Основными конструктивными элементами топливных отсеков являются топливные баки различных конструкций, оснащенные большим числом внутрибаковых устройств, обеспечивающих нормальное функционирование ДУ.

О конструктивных особенностях летательных аппаратов можно судить по схемам топливных отсеков (рис. 4.1).

4.1. Требования к конструкции топливного отсека

Так как основными конструктивными элементами топливного отсека ЛА с ЖРД являются баки, предназначенные для размещения компонентов жидкого топлива (окислителя и горючего), то и технические требования обусловлены конструкцией баков.

Топливные баки должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) иметь достаточную прочность и жесткость при малой массе конструкции;

2) обладать устойчивостью против коррозии при работе ЖРД на агрессивных (вызывающих коррозию) компонентах и при длительном хранении компонентов баков;

3) простота конструкции, технологичность при изготовлении и удобство при эксплуатации;

4) конструкция заборных устройств баков должна обеспечивать минимальное количество остатков компонентов топлива в баках;

5) недефицитность материалов, применяемых при изготовлении баков.

По конструктивно-силовой схеме различают три основных типа топливных отсеков:

* с ненесущими (подвесными) баками (рис. 4.2а),

* смешанной конструкции (рис. 4.2б),

* с несущими баками (рис. 4.2в).

Рис. 4.2 Конструктивно-силовые схемы топливных отсеков с подвесными баками (а), смешанной конструкции (б) и с несущими баками (в):

1 – опорный узел; 2 – фиксатор; 3 – подвеска; 4 – подвесной бак горючего;

5 – корпус топливного отсека; 6 – подвесной бак окислителя; 7 – изоляция;

8 – несущий бак горючего; 9 – изоляция; 10 – несущий корпус;

11 – несущий бак окислителя

Несущими баки называют потому, что они, будучи одновременно корпусом ракеты, воспринимают общий комплекс нагрузок, действующий на ракету. У ракет с подвесными баками эти нагрузки воспринимаются несущим корпусом ракеты, за исключением нагрузок от давления в баках. Топливные отсеки смешанной схемы сконструированы таким образом, что только часть их конструкции включена в силовую схему корпуса ЛА.

В зависимости от компоновочной схемы ЛА принято различать моноблочные (рис. 4.2б, 4.2в) и полиблочные (рис. 4.2 а) топливные отсеки. Моноблочные отсеки могут иметь как раздельные баки окислителя и горючего, соединенные проставкой (промежуточным отсеком), так и баки, имеющие общее (промежуточное) днище (рис. 4.3). Но в обоих случаях они существуют на всех этапах жизненного цикла ЛА (от сборки на заводе до завершения функционирования) как один конструктивный элемент. По такой схеме выполнены в основном все топливные отсеки БР и ракет-носителей небольшой грузоподъемности, а также топливные отсеки высших ступеней многоступенчатых РЛА.

Полиблочные топливные отсеки встречаются в основном в ракетах-носителях большой грузоподъемности.

В зависимости от назначения и требований компоновки топливных отсеков в составе РЛА формы и конструкции топливных баков весьма разнообразны.

По форме внешних обводов баки бывают:

* цилиндрическими (реже коническими) с эллиптическими (рис. 4.4) или сферическими (рис. 4.3) днищами;

* сферическими, сваренными из двух полусфер (рис. 4.6);

* торовыми (рис. 4. 7 и 4.8), которые иногда компонуются в пакеты (рис. 4.9) и блоки (рис. 4.11);

* эллиптические (чечевицеобразными), собранными у двух эллиптических днищ (рис. 4.10).

Различают также топливные отсеки с телескопическим расположением топливных баков (бак в баке).

Для нижних ступеней многоступенчатой ракеты с большим запасом топлива обычно удлинение разгонных блоков больше, чем для верхних, что предопределяет применение цилиндрических баков (реже конических и даже сферических). Для верхних ступеней характерно небольшое удлинение и поэтому в компоновке используются такие формы, как тор, сфера, "чечевица" и т. д.

В зависимости от конструктивного исполнения стенок баки могут быть:

- с гладкими листовыми стенками без силового набора;

- с силовым набором (т.е. сборной конструкции);

- со стенками из монолитных панелей (например, вафельных – рис. 4.12);

- из различного типа многослойных панелей (рис. 4.13), которые также выполняют теплоизоляционные функции.

Рис. 4.12. Вафельные оболочки (а, б, в) и

типовая панель вафельной обечайки (г)

Рис. 4.13. Конструкция трехслойных оболочек с заполнением в виде

а – однослойного гофра; б – швеллера; в – сот:

1 – внешняя, 3 – внутренняя обшивки; 2 – гофр; 4 – швеллер; 5 – соты

4.3. Конструктивно-компоновочные схемы основных типов топливных баков

Конструктивно-силовую схему топливных баков составляют обечайка, днище, шпангоуты и узлы крепления.

В состав конструктивно-компоновочной схемы топливного бака входят сам бак – оболочка и целый ряд люков, лючков, штуцеров и других устройств, включая и внутреннюю компоновку бака (см. рис. 4.14).

В последние годы получили широкое распространение конструкции топливных баков с разделением компонента топлива и вытесняющего газа с помощью различного рода поршней, эластичных диафрагм, вытеснительных мешков и т.п. (см. рис. 4.18 – 4.19). Это обеспечивает высокую надежность подачи компонентов топлива, особенно при отрицательных перегрузках [т.к. при этом нет вероятности смешивания компонента топлива с газом наддува, и из бака точно будет поступать только компонент топлива].

Сферический бак с мягким (эластичным) вытеснителем (рис. 4.18) состоит из двух полусфер 1 и 8, в которые ввариваются горловины (фланцы 3 и 11) и кронштейны 7 [предназначенные для крепления бака с другими элементами конструкции ракеты]. Чтобы вытеснительный мешок 9 не скручивался, его закрепляют и укладывают вокруг центральной перфорированной [с отверстиями] трубы, проходящей внутри бака. Поступающий в бак газ наддува будет раздувать мешок, а следовательно, вытеснять компонент топлива из бака.

Сферический бак с жесткой вытеснительной диафрагмой (рис. 4.19) состоит из двух полусфер 5 и 8 и гибкой диафрагмы 2, изготовленной из листового материала штамповкой и вытяжкой. Гибкая диафрагма при подаче давления наддува в вытеснительную полость бака Б постоянно перемещается, занимая различные положения II – V, и вытесняя, таким образом, компонент топлива из бака. Направленное перемещение диафрагмы обеспечивается тем, что она имеет переменную по сечению толщину. Это достигается растяжкой диафрагмы после штамповки.

4.5. Основные элементы внутренней компоновки и арматуры топливных отсеков

К основным элементам внутренней компоновки относятся (рис. 4.14):

* заборные устройства;

* дренажные клапаны;

* предохранительные устройства;

* устройства ввода в бак газов наддува;

* устройства для контроля заполнения баков и уровня жидкости в полете;

* люки для монтажа систем внутри баков;

* тоннельные трубы для прохода трубопровода подача одного из компонентов топлива через бак другого компонента, если бак находится между двигателем и баком первого компонента топлива;

* демпфирующие перегородки для ограничения подвижности топлива в баках.

На конструктивной схеме (рис. 4.14) представлены некоторые из перечисленных элементов топливного бака. Конструктивное исполнение различных элементов определяется назначением и функциональными особенностями систем, в состав которых входит тот или иной элемент.

Рассмотрим конструкцию некоторых элементов и узлов топливного отсека и внутрибаковой компоновки.

4.5.2. Конструкции гибких трубопроводов (сильфоны)

Оригинальную и особую группу среди трубопроводов составляют гибкие трубопроводы, или сильфоны, предназначенные для компенсации осевых и угловых перемещений трубопровода при взаимных перемещениях соединяемых точек бака и двигателя.

Сильфоны (рис. 4.37) представляют собой тонкостенные цилиндрические или конические металлические оболочки с поперечными волнообраз­ными складками на поверхности – гофрами, благодаря которым они имеют возможность в определенных пределах изменять длину и изгибаться. Они применяются для:

* соединения жестких трубопроводов, имеющих осевые и уг­ловые смещения;

* температурной компенсации;

* устранения монтажных напря­жений при сборке;

*для гашения вибраций;

* в качестве упругих элементов, реагирующих на изменение давления или сил;

* упругих разграничителей сред компонентов в сильфонных вытеснительных системах топливных емкостей;

* сосудов переменной емкости;

* для герметизации подвижных соединений и т.д.

Рис. 4.37. Схема сильфона

4.5.3. Конструкция тоннельной трубы

При прохождении трубопровода одного компонента топлива через бак другого компонента трубопровод помещается в тоннельную трубу (см. рис. 4.14). При большой длине такого трубопровода он фиксируется в тоннельной трубе в несколь­ких местах. Кроме того, если температуры компонентов неодинаковы, между трубопроводом и тоннельной трубой укладывается теплоизоляция.

4.5.4. Конструктивные исполнения люка-лаза

Для проведения сборочно-монтажных и профилактических работ внутри бака в его оболочке выполняется специальные вырезы – люки-лазы.

Основным местом размещения люка-лаза является верхнее днище бака, а для совмещенных топливных баков – нижнее днище. Возможен также вариант расположения люка-лаза на боковых поверхностях баков.

К соединениям люка-лаза и крышек топливных баков, предъявляются повышенные требования по герметичности. Диаметр люка-лаза выбирается из технологических требований (400-500 мм).

Контрольные вопросы

1. В качестве чего применяются ферменные конструкции?

2. Почему ферменные конструкции нашли широкое применение на РН?

3. Из чего состоят фермы (использовать рис. 6.2)?

4. Рассказать назначение рамных конструкций на РЛА. В каких случаях для крепления ДУ применяют рамы?

5. Рассказать про конструкцию рам по рис. 6.8.

6. Рассказать про варианты конструктивного исполнения балок рам, используя рис. 6.9 и рис. 6.10.

7. Назвать требования к конструкции топливного отсека.

8. Какие бывают топливные отсеки по конструктивно-силовой схеме (рис. 4.2)? Какие нагрузки что воспринимает в каждом из видов?

9. Какие бывают топливные отсеки в зависимости от компоновочной схемы ЛА (рис. 4.2)? (что представляют собой, где используются)

10. Какими могут быть баки по форме внешних обводов (рис. 4.3 – 4.11)? Где какая форма применяется?

11. Какие могут быть топливные баки в зависимости от конструктивного исполнения стенок? (можно использовать рис. 4.12 и 4.13)

12. Что относится к основным элементам внутренней компоновки баков? (используя рис. 4.14).

13. Рассказать конструкцию и принцип действия бака с мягким вытеснителем (по рис. 4.18).

14. Рассказать конструкцию и принцип действия бака с жесткой вытеснительной диафрагмой (по рис. 4.19).

15. Рассказать про сильфоны (что представляют собой, для чего предназначены). Рассказать подробно, где применяются сильфоны?

16. Рассказать про тоннельную трубу (назначение, конструкция – по рис. 4.14).

17. Рассказать про люк-лаз (назначение, расположение, требования к нему, размеры).

Потребность в кодексах этики и контроле

За прошедший век маятник исследования, проводимого с этической ответственностью, качнулся из нравственной сферы в легитимную. Исторически этическая ответственность за исследование возлагалась только на ученого; эта практика больше не существует. Это бремя переместилось от индивида к регулирующим органам, которые санкционируют проведение исследовательских проектов согласно одобренным предписаниям и рекомендациям.

Необходимость предписанных кодексов поведения возникла после ужасов, совершенных нацистами и случаев безнравственного поведения, оправданных целями исследования. Ньюмбергский кодекс биомедицинского исследования 1947 года – один из важнейших кодексов, впервые привлекший внимание к значению “осведомленного согласия”, описываемого далее. Хельсинской декларацией 1964 года предложено руководство по таким вопросам как, например, использование животных в исследованиях. Вероятно самый ранний кодекс социальных наук – кодекс 1953 года об исследовании, обучении и профессиональной практике, разработанный на основе изучения более 1000 случаев, предложенных для рассмотрения членам Американской Психологической Ассоциации (АПА), начавшей научное изучение в 1948 году. Американская Социологическая Ассоциация (АСА) приняла формальный кодекс по этике в 1969 году. Через 4 года появился кодекс АПА по этике исследования темы человека, который стал главным стандартом для ученых в области социальных наук. Кроме того, ученые, занимающиеся контрактными исследованиями, приняли стандарты профессионального поведения, помогающие обеспечить минимальные уровни достаточной компетенции. Развитие и принятие кодексов и процедур стало важным достижением, главным образом, потому, что это привлекало внимание общественности к рассматриваемой проблеме. Часто реальные экспертизы и постановления по этим вопросам все еще с трудом реализуются на практике. Кроме того, ответственность за контроль полностью лежит на исследователе и в меньшей степени на более информированной общественности.

Остается еще один вопрос. Становится ли исследование более этичным от предписаний и этического контроля? Не всегда. Одно из главных требований, с которым исследователи сталкиваются сегодня, это адаптация общих рекомендаций для применения в любом виде деятельности. Обязан ли дипломированный студент, исследующий распространение и эффективность внеклассной работы в школьном микрорайоне, следовать тем же этическим требованиям, что и врач, испытывающий в клинических условиях новый лекарственный препарат на больных СПИДом? Конечно, нет. Так как цель, влияние исследования, последствия ошибки могут значительно варьироваться от проекта к проекту, от дисциплины к дисциплине и от института к институту. В дальнейшем чрезмерные предписания, процедуры, одобряющие исследование, могут в действительности препятствовать самому процессу, предназначенному содействовать. Участники могут быть напуганы, и неохотно жертвовать силой и временем, когда вынуждены ввязываться в запутанный бюрократический процесс разрешения на исследование. Ученые, разочарованные долгими, иногда затянувшимися, а иногда никчемными процедурами одобрения, могут решить сменить вид деятельности или еще хуже – обмануть систему!