Тред №132075

Цитата: medved_shalun от 15.06.2009 11:37:30
Не поленился скачал Apollo Operations Handbook, Lunar Module (LM 10 and Subsequent), Volume One. Subsystems Data http://www.btinterne…ndbook.pdf

На странице 297-298 данного талмуда есть указание на рабочее и предельное давление для топливных баков взлётной ступени.

Сразу перевожу их в СИ
Номинальное рабочее давление: 1,27 MПа
Давление при котором происходит разрушение бака: 2,56 МПа

Масса бака - M = 17,3 кг
Радиус - R = 0,635 м

Бак изготовлен не из алюминия, как некоторые тут думают, а из титанового титанового сплава (стр. 294 там же).

Плотность титана - 4540 кг/м³

Толщина стенок бака таким образом - 7,5*10^-4 м

Я не большой специалист в сопротивление материалов, но попробую:

Напряжение в сферической оболочке -  сигма = P*r/(2*t) = 1,27 Мпа * 0,63 м / (2 * 7,5*10^-4 м) = 533 МПа.

Для титановых оболочек предел в районе 1000 МПа. Что не так?

Димочка, Вы кинулись опровергать программу программу "Аполлон" в целом и данный конкретный бак в частности, не имея не малейшего понятия ни о форме бака, ни о материале из которого он изготовлен. И даже не потрудились самому найти достоверную информацию. Впрочем как и все опровергатели (тезис №1  Старого)

Неужели Вы полагаете, что если в этом баке на самом деле было что-то нереалистичное, за 40 лет этого б никто не заметил? Ни один специалист ни в одной стране мира Так кто из нас корчит из себя д'Артаньяна?

Цитата: Alex_B от 25.06.2009 19:42:30
Ну, начнем. По одним источникам общая масса топливной составляет 2361 кг, что при соотношении 1,6:1 дает 909 кг аэрозина-50 (50% смесь гидразина и НДМГ), в дальнейшем просто "аэрозин", и 1452 кг тетраоксида азота, в дальнейшем ТОА.

В твоем источнике приводятся цифры 908 и 1440 кг соотвественно.
Так же там приводится, что их объем 1,07 м³, и они ОДИНАКОВЫЕ.

Плотность А-50 составляет 890-900 кг/м³, плотность ТОА - 1450 кг/м³.

Соотвественно, объем А-50 составит 908/890 = 1,021 м³. То есть под резиновый мешок и газовую подушку в сумме остается 49 литров. Хорошо. Неплохо так... ладно, допустим, 50 литров - не избыток...
Объем ТОА 1440/1450 = 0,993 м³, и тогда избыток объема бака 77 литров.

Ладно, а теперь самое вкусное...

Смотрим сюда: http://www.vsmpo.ru/core.php?p=12 и читаем:

Максимальный показатель прочности на разрыв чистого титана может достигнуть 740 Н/мм², а показатель такого сплава как LT 33, содержащего алюминий, ванадий и олово, достигает 1200 Н/мм². (1 Н/мм² - 1 МПа)

И НЕ надо говорить про сплав титана - в твоем источнике для обозначения материалов конструкции используется Aluminium-Alloy, т.е. аллюминиевые сплавы, но для бака однозначно указан не Titanium-Alloy, а именно Titanium. Кстати, в те годы титанове сплавы, тем более современные, варить особо не умели, тем более в США.
Опять же, кстати, сферические баки СВАРИВАЛИСЬ из двух полусфер, и технология сварки титана тогда тоже была не на высоте, а как известно умным людям, которые меня ткнули носом в данный факт, "при сварке ... прочность материала в сварных соединениях всегда ниже прочности исходного материала, независимо от того, какой материал используется – титан, сталь или алюминий. Снижение предела прочности на разрыв для титановых сплавов составляет примерно 12-15%..."

Итого, допустим, американцы в середине 60-х добились почти лучшего на сегодня результата в варке титана (хотя есть в этом сомнения) и получили титан с прочностью на разрыв 700 МПа, сварили по шву так, как сейчас научились варить, и получили в районе шва не выше 600 МПа.

Итог: ЭТА белочка лопнет уже при 600 МПа (или чуть больше) напряжения, при рабочем 533 МПа... А как ОНО выдерживало на испытаниях нагрузки за 800 МПа и предел разрушения бака 1070 МПА заявлен? При том, что материал выше 740 не позволяет - и это без учета сварного шва.

Нет, можно, конечно, баки снаружи обмотать изолентой, но тогда и весить они будут не 17 кг...

Цитата: Alex_B от 27.06.2009 16:32:16
В бОльшей части источников материал баков ЛК не указан. Мне встретился три-четыре года назад источник с указанием матерала "аллюминиевый сплав", и это был НЕ Прохожий. Увы, за давностью лет и крахом винта с гибелью части архивов сейчас уже не могу легко найти его. Сейчас у меня на руках источник от НАСАфилов с указанием материала "титан" для баков и "алюминевые сплавы" (а не "алюминий") для других элементов конструкции. Поэтому я НИЧЕГО придумывать НЕ буду, и ПОКА приму за материал баков титан.

Найди мне источник с указанием материала баков "Titanium Alloy", или на конкретно Ti-6Al-4V (или другой), потому как сплавы бывают разные, сделанные с разными целями (повышение вязкости, или твердости, или стойкости к возгоранию и т.д. базового металла, а всего сразу достичь трудно). Вон для конструкции одной и той же ступени С-5 применяются сразу несколько сплавов алюминия.

Цитата:
Мы видим, что даже в конструкции одной ступени применно несколько разных сплавов, а титан упоминается или как титан, или как конкретный сплав 6А1—4V. Кстати, источник базируется на официальных данных НАСА.

А что же, пункты 3 и 4 ко мне не относятся? Обидно...

Пройдемся по 1-му пункту?

Хорошо? Ты видел сферические баки? Я лично их щупал, на Як-52, на которм я летал еще в 1986 году, стояло два таких, на 11 и 5 литров. Только это баллоны под сжатый воздух, рабочее 50 атм, испытаны на 80 атм. Материал - аллюминиевый сплав. По окружности идет наплыв - это и есть шов. Толщина стенок - 4 и 5 мм.

Ты держал электроды в руках? Сварил хотя бы один шов? Пробовал варить встык тонкие листы? Я, например, это делал, жизнь заставила - я живу в частном доме и сварочный аппарат у меня в сарае есть - не только как винтементальная дань бурной молодости.

Кое-что из теории и практики сварки. Шов обладает мЕньшей прочностью, чем свариваемые детали. Для того, чтобы сварить тонкостенные детали, (по расчетам, толщина стенки бака 0,75 мм) нужно варить проволокой, лучше в атмосфере инертного газа (в данном случае, поскольку у нас не сталь, смесь углекислота+аргон не подойдет, нужен чистый аргон) или в вакууме (но это ОЧЕНЬ геморройно), а учитывая горючесть титана, так второе вообще обязательно.

Поскольку температура плавления титана высокая 1670 градусов, а температура дуги около 6000 градусов, проплавить тонкий лист до дырки - раз плюнуть. И "сварочную ванну" поэтому сделать очень сложно, и режим сварки должен быть выдержан очень точно, там ОЧЕНЬ узкий диапазон допустимых отклонений.

При сварке у деталей обрабатываются фаски так, чтобы на стыке образовывались углубления - они станут сварочной ванной и будут заполнены матералом электрода (зачеркнуто как делать неправильно):



В случае сферического бака варить мы можем только с одной стороны. В случае тонких листов для достижения максимальнйо прочности шва на разрыв и уменьшения вероятности проплавления деталей до дырки одну из деталей делают "с подложкой", что дает нам НИАБОЛЕЕ вероятную конструкцию шва с тоочки зрения достижения максимальной прочности:



То есть одна деталь имеет утолщение-подложку, заходящую под вторую деталь, причем эта подложка, чтобы обеспечить непроплавляемость деталей во время сварки, имеет толщину больше, чем сами детали (у нас толщина 0,75 мм, так что там как минимум 1,5-2 мм) и ширину не меньшую, чем ширина наплава сврочного электрода (проволоки). Также достаточно толстая подложка создает пояс жесткости, позволяющий механически упрочнить шов проковкой.

На рисунках для простоты не показано, но на границе материала и электрода есть переходный слой - хитрый сплав матерала деталей и материала электрода с переменным составом, уменьшением содержания материала деталей по мере удаления от детали в сторону наплава. Плюс там же в случае сварки электродом с обмазкой есть примесь матералов из состава обмазки плюс в сплаве растворены немного окислов и азота из атмосферы, если же сварка проволокой в аргоне+углекислота - то заметная примесь углекислоты, окиси металла и углерода (углекислота частично восстаналивается металлом до углерода, а аргон инертен и почти не растворяется в расплаве), а это все минус для прочности. Поэтому если мы хотим получить максимальную прочность щва, то варить надо в чистом аргоне, а лучше в камере с аргоном и пониженным давлением, а лучше всего в вакууме.

Продолжим про бак? Соотвественно, если варили тупо встык, процент брака должен быть огромный и прочность шва процентов на 15 ниже прочности остальной шасти. Если варить на подложке, то можно добиться того, что прочность в районе шва будет примерно равна прочности остальной части, но это при отсуствии неоднородностей - любая неоднородность - концентратор напряжения, если кто не знал. Считаем идеальный случай - варили на подложке и пи этом не получили неоднородностей, и шов равнопрочен остальной части бака.

В этом случай толщина подложки примерно 2 мм при ширине 8 мм, наплав высотой до 1-2 мм и шириной до 4-5 мм. Т.е мы имеем по окружности два кольца материала сечением ~16+3=19 мм² и длиной 3,14*0,635м=~2 метра, то есть объемом 40 см³ и массой 180 грамм. Добавим к этому массу входных (для гелия) и выходных (для топлива) штуцеров и горловин (они входят в конструкцию бака) - пусть для простоты они дадут еще 120 граммов, и тогда масса собственно стенок будет не 17,3 кг, а 17 кг ровно, что дает нам толщину при диаметре 127 см (радиус 635 мм) 0,000738 м (0.738 мм). Это получено для чистого титана, у его сплавов плотность может быть и побольше, при легированиии например, значительными долями ванадия (6,1 г/см³) и олова (7,3 г/см³), имеющими более высокую плотность, и при более высокой плотности для массы 17 кг толщина стенки будет меньше. Впрочем, 4-5 процентов ванадия не думаю, что сильно повлияиют на плотность титанового сплава, так что считаем толщину стенки по плотности чистого титана. Но держим в уме, что для сплава плотность может быть и повыше, а толщина стенки меньше и соотвественно напряжение в материале выше.

Переведем давления рабочие, испытания и предельное расчетное 235, 360 и 405 из фунтов на кв.дюйм на общечеловеческий лад. Получим 16,52, 25,3 и 28,47 кг/см² или 1,62, 2,47 и 2,78 МПа.  

Для сферического бака получим соотвественно напряжения в оболочке 697, 1063 и 1196 МПа - в идеальном случае с равнопрочным со стенками швом и без неоднородностей.

А для титанового сплава "старого доброго" Ti-6Al-4V смотрим http://cartech.ides.…&E=269

и видим:
Typical Room-Temperature Strengths for Annealed Ti 6Al-4V:
Ultimate Bearing Strength 1380-2070 MPa (200-300 ksi)
Compressive Yield Strength 825-895 MPa (120-130 ksi)
Ultimate Shear Strength 480-690 MPa (70-100 ksi)

Что в переводе означает
Типичные прочность при комнатной температуре для отожженного Ti 6Al-4V:
Предельная прочность на сжатие 1380-2070 MPa (200-300 ksi)
Предел текучести 825-895 MPa (120-130 ksi)
Предельное сопротивление на срез 480-690 MPa (70-100 ksi).

Учитывая, что оболочка бака работает не на сжатие, а на растяжение, то мы берем предел текучести и имеем то, что если бак был сделан из "старого доброго" Ti-6Al-4V, то для давлений рабочего, испытательного и предельного (расчетного напряжение в оболочке, как показано выше, 697, 1063 и 1196 МПа) он должен был ё#нуть задолго до достижения испытательного давления.

Чистый титан имеет в пределе на разрыв 740 МПа, обычно меньше, то есть бак из него должен был рвануть уже при рабочем давлении (учитывая пусть небольшую, но таки силу тяжести на Луне и ускорение при работе двигателя) - с гарантией, а небольшая флуктуации давления на 1 атм на орбите - и фотографии геров на первых страницах в траурных рамках.

Потребный результат можно достигнуть на "более других" сплавах, например LT-33, содержащего алюминий, ванадий и олово там - можно достичь 1200 МПа (но это предельный результат для титановых сплавов), но ЕМНИМ в 1969 году LT-33 еще не было, и обходились "старым добрым" Ti-6Al-4V.

В принципе, потребный результат (объем при весе 17 кг и потребной прочности) можно было достичь на некоторых порошковых сплавах, но в конце 60-х их еще не было, первое их появление - это уже конец 70-х...

Так что там насчет

И кому утираться?

А завтра я еще по полетам А-4, А-6 и А-8 пройдусь, по углам тангажа и рысканья на А-4. Подробненько. Сегодня времени нет. Яростным НАСАфилам приготовить продукт нефтепереработки вязкой консистенции.