СПОСОБЫ ДИАГНОСТИКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Сегодня автоматические космические аппараты успешно решают множество задач, благодаря развитию средств выведения КА. Выведение КА на заданные орбиты может происходить напрямую через ступени ракеты-носителя или с помощью разгонного блока [1]. Разгонный блок позволяет осуществлять сложные схемы выведения, которые включают в себя активные и пассивные участки полета, оптимизирующие энергозатраты. Кроме того, сейчас распространяется практика вывода сразу нескольких КА одной ракетой, как это сделала компания SpaceX в 2021 году, выведя на орбиту 143 спутника. В том числе были выведены спутники с разными целевыми орбитами и наклонением, например, 73 спутника с помощью разгонного блока «Фрегат» в 2017 году.

На рисунке 1 представлена схема разгонного блока ДМ, разработанного в РКК «Энергия [2].

Рисунок 1. Схема разгонного блока ДМ, разработка РКК "Энергия"

РБ содержит корпус, сварной сферический бак окислителя, наклонный сварной бак горючего в форме тора. Маршевый двигатель расположен внутри тора. Сварной корпус РБ выполнен в виде верхнего переходника, установленного на среднем переходнике, установленном в свою очередь на нижнем переходнике. На верхнем переходнике установлены бак окислителя, торовый приборный отсек и радиационный теплообменник.

Блок представляет собой жесткую силовую конструкцию и не позволяет увеличить заправку, не изменяя основную конструкцию баков: без нарушения общей силовой схемы конструкции блока и сохранения мест стыковки с ракетой-носителем и наземным оборудованием ракеты.

Задачей предложенного ракетного блока является улучшение энергомассовых характеристик блока без изменения его силовой схемы и элементов, сопрягаемых с ракетой-носителем и наземным оборудованием.

Данная задача достигается тем, что в ракетный разгонный блок, содержащий бак окислителя, тороидальный, наклонный относительно продольной оси блока бак горючего, маршевый двигатель в торовой полости бака горючего, тороидальный приборный отсек, установленный над баком окислителя, введен дополнительный бак окислителя, выполненный в виде полусферы, размещенный в торовой полости приборного отсека и сопряженный с верхним днищем бака окислителя, а наклонный бак горючего снабжен тороидальной цилиндрической вставкой, соосной с баком и расположенной между половинами тора.

При наличии наклонного торового бака горючего возможен дебаланс, обусловленный приливом топлива к заборному устройству горючего, поэтому необходимо смещение торового бака относительно продольной оси в сторону, противоположную заборному устройству.

Сварка — это технологический процесс, который позволяет получать неразъемные соединения между свариваемыми частями за счет установления межатомных связей при их местном или общем нагреве, либо пластическом деформировании [1]. Использование сварных соединений в процессе изготовления изделий для ракетно-космической техники (РКТ) [3] способствует снижению массы конструкции, трудозатрат и себестоимости продукции. Однако, сварные соединения имеют некоторые недостатки, такие как повышенная чувствительность к хрупкому разрушению, наличие остаточных напряжений и деформаций. При выполнении сварных соединений возможны дефекты.

Один из главных факторов, влияющих на качество продукции в области ракетно-космической техники, заключается в дефектах, которые могут возникнуть в основном металле, паяных и сварных соединениях. Большая часть отказов, обнаруживаемых при испытаниях и эксплуатации изделий, связана с дефектами, которые не были выявлены и устранены на предыдущих стадиях производства.

Дефектом называется несоответствие параметров и характеристик сварного шва или соединения требованиям нормативно-технической документации.

Дефекты классифицируют по следующим признакам:

• месту расположения;
• стадии технологического процесса;
• допустимости;
• степени опасности эксплуатации сварных соединений;
• глубине залегания;

Основные виды дефектов сварных соединений:

• трещины и разрывы;
• непровары;
• подрезы;
• наплывы;
• зазоры и перепады по высоте;
• несоответствие формы и размеров;
• каверны и свищи.

Причины возникновения дефектов сварных и паяных соединений:

• некачественный материал;
• несоблюдение технологических режимов сборки и сварки/пайки;
• неправильное хранение и транспортировка изделий;
• несоблюдение правил эксплуатации.

Методы выявления дефектов сварных и паяных соединений:

• визуальный метод;
• метод окрашивания и травления;
• ультразвуковой метод;
• рентгеновский метод;
• радиографический метод.

Растущие требования к качеству продукции в сфере ракетно-космической техники (РКТ), необходимость обеспечения стабильности и высокого уровня качества, увеличение скорости производственных операций и потребность в новых методах контроля качества изделий РКТ стали причиной развития и применения неразрушающих методов контроля в процессе их изготовления.

Активно внедряются новые методы неразрушающего контроля, например электромагнитно-акустические (ЭМА) [4]. Сущность ЭМА-метода является возможность возбуждения и регистрации различных типов акустических волн: продольных, сдвиговых, поверхностных. Метод показал себя наиболее эффективно при контроле изделий из алюминия и магния.

Выявление и устранение дефектов сварных соединений в ракетно-космической технике (РКТ) играет важную роль в обеспечении надежности и безопасности изделий. Это позволяет предотвратить отказы и сбои, которые могут возникнуть из-за необнаруженных дефектов. Поэтому поиск новых методов выявления дефектов и их устранения является непрерывным процессом, направленным на повышение качества и надежности продукции в области РКТ.