НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ГОЛОВНОГО ОБТЕКАТЕЛЯ КОСМИЧЕСКОЙ ГОЛОВНОЙ ЧАСТИ

© О.Г.Деменко, Н.А.Михаленков
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2013 г.

Головной обтекатель (ГО) — необходимая часть космической головной части (КГЧ), предназначенная для защиты полезной нагрузки от воздействия скоростного напора и нагрева при выводе космического аппарата (КА) на орбиту. Конструктивно ГО представляет собой подкреплённую оболочку с прикреплённым к ней теплозащитным покрытием (ТЗП). ТЗП внутренней поверхности ГО одновременно играет роль акустической защиты. В настоящее время звукоизолирующие характеристики ГО являются одним из основных параметров, характеризующих его качество. Акустическая среда под ГО непосредственно влияет на уровни вибрационного нагружения КА и его аппаратуры. В особенности это относится к оборудованию, расположенному на термостабилизированных сотопанелях, прямо возбуждаемых акустическим полем.

Звукоизолирующие характеристики ГО зависят от трёх факторов:

– массы конструкции с учётом ТЗП; увеличение массы улучшает звукоизолирующие свойства, но снижает массу полезной нагрузки, что нежелательно;

– суммарных демпфирующих характеристик металлической конструкции и ТЗП; поскольку основная акустическая энергия передается под ГО в диапазоне частот 50–2000 Гц, то демпфирующие характеристики ГО на собственных частотах колебаний, лежащих примерно в том же диапазоне частот, непосредственно влияют на уровень вибрации конструкции и внутреннюю акустику; их увеличение очень желательно;

– звукопоглощающие характеристики внутреннего слоя ТЗП определяются структурой материала, не поддаются регулированию.

Оптимизация виброакустической защиты ГО через непосредственное измерение уровня акустической защиты того или иного варианта исполнения ГО с ТЗП весьма затруднительна и дорога из-за больших размеров ГО и малого количества больших акустических камер в стране. Альтернативой может служить определение демпфирующих свойств образцов панелей ГО при виброиспытаниях. При этом в качестве критерия может быть выбран коэффициент ξ критического демпфирования панели с ТЗП.

Однако классический метод определения ξ по ширине резонансной кривой хорошо подходит только к одномассовым моделям, описываемым перемещениями только одной точки и имеющим чётко выраженный резонансный пик. Для многомассовых моделей (моделей с распределённой массой) этот метод не подходит:

– в разных точках конструкции (панели) мы наблюдаем разные амплитуды колебаний и разные ξi; как из них получить единый ξ панели — неизвестно;

– при близком расположении собственных частот резонансные пики наползают друг на друга и не позволяют достоверно определять их параметры, а значит и ξi.

Установлено, что решение задачи определения критического демпфирования панели может быть выполнено с использованием модуля PolyMAX пакета программ LMS. Метод PolyMAX — это дальнейшее развитие методов наименьших квадратов и максимального правдоподобия в приложении к оценке частотных характеристик конструкций. Амплитудно-частотные характеристики коэффициентов усиления (FRF), получаемые при виброиспытаниях в различных точках панели, аппроксимируются функцией, состоящей из набора вычетов в полюсах, выделяемых системой в соответствии с требованиями к точности, задаваемыми испытателем. Параметры вычетов и коэффициенты содержат единый коэффициент критического демпфирования панели и определяются с помощью методов наименьших квадратов и максимального правдоподобия.

Полученные результаты позволяют существенно упростить решение задачи оптимизации параметров ГО с учётом требований к вибро- и звукозащите.