Плиточные теплозащитные конструкции многоразовых космических аппаратов с различными наружными силовыми элементами

Abstract

Теплозащитные плиточные конструкции, изготовленные из жаростойких материалов, широко применяются для защиты корпусов космических аппаратов. В качестве высокотемпературных, жаростойких материалов для изготовления плиток теплозащитной конструкции могут использоваться углерод-углеродные композиционные материалы, жаростойкие металлические сплавы и конструкционная керамика. В представленной работе проведена расчетно-теоретическая оценка прочностных свойств комбинированных плиток теплозащитных конструкций возвращаемых космических аппаратов, имеющих металлический наружный силовой элемент и корпус из углерод-углеродного композиционного материала, а также плиток из углерод-углеродных и керамических материалов. Рассмотрены преимущества и недостатки каждойиз исследуемых плиточных теплозащитных конструкций. На основе прочностных расчетов определены размеры силовых элементов для корпусов теплозащитных конструкций, удовлетворяющие требованиям прочности, устойчивости и стойкости к флаттеру, и масса каждой конструкции. Установлено, что самые лучшие массовые и прочностные характеристики имеют теплозащитные плитки с корпусом из углерод-углеродных композиционных материалов и плитки с наружной трехслойной сотовой панелью из сплава ЮИПМ-1200.

Thermal protection tile structures, made from heat-resistant materials, are widely applied for protection of space vehicle bodies. Carbon-carbon composite materials, high-temperature metal alloys and structural ceramics can be used as high-temperature heat-resistant materials for manufacturing thermal protection structure tiles. The presented work gives calculation-theoretical assessment of strength properties of combined tiles of thermal protection structure of returnable space vehicles, having a metal external load-carrying element and body from carbon-carbon composite material, as well as tiles from carbon-carbon and ceramic materials. The advantages and disadvantages of each of the studied thermal protection tile systems are considered. Strength analysis is used to determine the dimensions of load-carrying elements for bodies of thermal protection structures, meeting the requirements of strength, stability and resistance to flutter, and weight of each structure. It is found that thermal protection tiles with a body from carbon-carbon composite materials and tiles with an external three layer honeycomb panel from YuIPM-1200 alloy have the best weight and strength characteristics.