РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОГО РАСЧЁТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕ ПРИ ВЫСОКИХ СКОРОСТЯХ ДЕФОРМАЦИЙ ДЛЯ РАСЧЕТА ЗАЩИТЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ОТ УДАРОВ ЧАСТИЦ ОСКОЛОЧНО-МЕТЕОРОИДНОЙ СРЕДЫ

Объекты исследования: композитный защитный экран при воздействии осколочно-метеороидной среды. Основные цели (задачи) исследований на данном этапе НИР: Разработка комплексного расчётно-экспериментального метода исследования физико-механических характеристик волокнистых материалов и композитов на их основе при высоких скоростях деформаций для расчета защиты космических аппаратов от ударов частиц осколочно-метеороидной среды. Метод или методология проведения работы: при проведении работы использованы компьютерные методы моделирования работы испытательных устройств, эксперименты с лабораторными образцами устройств. В процессе исследований были получены следующие основные результаты и их новизна: - оценка влияния высокоскоростного ударного нагружения на теплозащитный экран на основе экспериментальных данных по интегральному энергопоглощению тканевых материалов с использованием экспериментальных стенда на основе газовой пушки и стенда на основе разрезных стержней Гопкинсона-Кольского; - результаты расчетно-экспериментальных исследований ударного воздействия на свободно подвешенную нить с варьируемым предварительным натяжением нити; - результаты расчетно-экспериментальных исследований воздействия ударной нагрузки на отдельные слои силовой ткани и тканевые пакеты с использованием мезоскопического описания ткани; - методика расчёта ударной стойкости защитных экранов, в состав которых входят волокнистые материалы и композиты на их основе при ударном и импульсном воздействии осколочно-метеороидной среды. Новизна данной работы заключается в комплексном подходе к синтезу, моделированию и прогнозированию характеристик стойкости волокнистых материалов и композитов на их основе, используемые в защитных экранах космических аппаратов, к ударному (импульсному) воздействию частицы (облака частиц) в диапазоне скоростей 4000-7000 м/с. Целевой скоростной диапазон для волокнистых материалов и композитов на их основе ранее не рассматривались. Доступны результаты по интересующим скоростям деформирования, но они относятся исключительно к металлическим конструкциям. Существуют результаты по тканевым композитам, но для единичного массивного ударника и скоростного диапазона, соответствующего скорости пули, выпущенной из стрелкового оружия. Ни те, ни другие методики расчётов не позволяют прямого обобщения на случай воздействия космического мусора на защитные композитные экраны космических аппаратов, в связи с чем и требуется выполнение отдельного исследования. В подавляющем большинстве современных работ в данной области расчетно-экспериментальное исследование тканевых материалов производится для осколочного ударного воздействия при скоростном диапазоне 300-500 м/с. Также в данном исследовании были разработаны экспериментальные методы определения характеристик энергопоглощения на основе анализа процессов, происходящих в тканевом образце в результате соударения с металлическим ударником. Рекомендации по внедрению: результаты работы рекомендуется использовать для создания модулей орбитальных станций. Область применения: полученные результаты будут использованы при проведении наземной экспериментальной отработки изделий ракетно-космической техники. Основной показатель экономической эффективности проведённых исследований: сокращение объема и повышение эффективности экспериментальной отработки прочности модулей орбитальных станций при воздействии ударов высокоскоростных частиц космического мусора и метеороидов за счет рационального выбора конструктивно-силовой схемы защитных экранов и прогнозирования результатов испытаний на основе предиспытательного компьютерного моделирования. Результаты работы рекомендуется использовать: для разработки рекомендаций по выбору материалов и конструктивных схем гермооболочек орбитальных станций с экранной защитой для обеспечения ударной прочности конструкции.