АЛЬБУКЕРК, Нью-Мексико - Sandia National Laboratories недавно провела серию испытаний, чтобы помочь НАСА понять усталость космического челнока, вызванную во время выкатывания из сборочного здания Космического центра Кеннеди на стартовую площадку - четырехмильную поездку.
Испытания являются частью миссии НАСА по возвращению в полет, первый полет запланирован на период с 15 мая по 3 июня.
Sandia, лаборатория Национального управления по ядерной безопасности, помогла НАСА разработать тест и приборы для измерения динамической вибрации окружающей среды во время развертывания. Sandia также рассчитала входные усилия, которые краулер прикладывает к мобильной стартовой платформе (MLP). Эти расчеты используются Boeing и NASA для определения усталостной долговечности критически важных компонентов шаттла.
Инженер Sandia Том Карн участвовал в серии испытаний, начавшихся в ноябре 2003 года, для получения данных, необходимых для понимания окружающей среды и реакции космического корабля "Шаттл" во время развертывания.
«НАСА попросило Sandia помочь им в этом проекте из-за нашего опыта в планировании и проведении структурно-динамических испытаний очень больших сооружений», - говорит Карн.
Группа Sandia по механике твердого тела и динамике конструкций выполнила многочисленные проекты структурного анализа крупных сооружений, включая мост I-40 Рио-Гранде в Альбукерке, большие ветряные турбины высотой до 110 метров и бронированный трактор Министерства энергетики. Одной из основных задач группы является анализ и испытание ударных и вибрационных условий для оружия.
Шаттл весом в три миллиона фунтов установлен на мобильной стартовой платформе весом в восемь миллионов фунтов, которую несет гусеничный трактор весом в шесть миллионов фунтов. Гусеничный транспортер перевозит транспортное средство и платформу за четыре мили от здания сборки транспортных средств до стартовой площадки.
Перемещение шаттла на это расстояние, которое обычно занимает от пяти до шести часов при скорости 0,9 мили в час, считалось относительно легким процессом на протяжении большей части срока службы шаттловой системы. Однако по мере старения оборудования все больше внимания уделяется пониманию того, как развертывание может утомить транспортную систему.
Данные были собраны для запуска только MLP и MLP с двумя твердотопливными ускорителями на пяти различных скоростях в диапазоне от 0,5 до 0,9 миль в час. Для испытаний на МЛП, гусеничном и твердотопливном ускорителях было размещено более 100 акселерометров. Система сбора данных, установленная внутри MLP для дорожных испытаний, измеряла и записывала ускорения. Данные были проанализированы таким образом, чтобы был понятен характер среды развертывания, и их можно было аналитически наложить на шаттл с использованием компьютерной модели конечных элементов для прогнозирования усталостного повреждения критических компонентов. Несмотря на то, что эти напряжения намного ниже, чем те, которые наблюдались во время запуска, продолжительность транспортировки от пяти до шести часов и низкочастотная вибрация могут вызвать усталость компонентов внутри орбитального аппарата..
Карн говорит, что команда по анализу развертывания определила, что существует два семейства гармоник, вызываемых гусеничным приводом, которые вызывают вибрацию платформы в зависимости от скорости гусеничного транспорта, в дополнение к случайным воздействиям, вызванным дорожным полотном. К счастью, говорит он, частоты гармонического воздействия можно регулировать, просто изменяя скорость движения краулера, что приводит к менее разрушительным частотам.
Команда использовала разработанный Sandia алгоритм Sum of Weighted Accelerations Technique (SWAT) для оценки приложенных сил. Карн говорит, что результаты SWAT помогли выбрать новую скорость выкатывания, которая продлит срок службы компонентов шаттла, затронутых выкаткой.
Созданные спецназом входные силы впоследствии использовались в качестве входных сил для структурного анализа NASA NASTRAN мобильной стартовой платформы, имитируя условия испытаний. По его словам, корреляция между данными, измеренными при развертывании, и прогнозами анализа NASTRAN породила уверенность как в силах, рассчитанных SWAT, так и в модели NASTRAN MLP и твердотопливных ракетных ускорителей.
Анализ показал, что вибрационная характеристика шаттла может быть значительно снижена, если частоты возбуждения отодвинуты от собственных резонансных частот шаттла. Они помогли НАСА определить, что простое снижение скорости гусеничного хода с 0,9 мили в час до 0,8 мили в час значительно уменьшит вибрации в шаттле за счет изменения частоты ударов гусениц гусеничного автомобиля.