NASA udoskonala analizę wstrząsów i wibracji

Język

Ilustracja: NASA — NASA/Clayton Rougelot

Rakiety wibrują, drżą i ulegają znacznym odkształceniom podczas wznoszenia się w przestrzeń kosmiczną, a statki kosmiczne wypełnione delikatnymi instrumentami naukowymi muszą przetrwać te siły. Zanim jakakolwiek rakieta opuści Ziemię, inżynierowie NASA pracują nad przewidywaniem, jak te naprężenia wpłyną na każdą część statku kosmicznego.

Aby to osiągnąć, inżynierowie z Dynamic Environments Group w ramach Launch Services Program Office w NASA’s Kennedy Space Center na Florydzie usprawnili sposób, w jaki zapewniają, że statki kosmiczne i rakiety są w stanie wytrzymać ekstremalne wibracje, wstrząsy, naprężenia lub inne siły fizyczne, jednocześnie zwiększając bezpieczeństwo misji.

Inżynierowie wykorzystali komercyjne cyfrowe narzędzie programowe w nowatorski sposób, opracowując znormalizowany przepływ pracy modelowania metodą elementów skończonych (FEM), aby wzmocnić analizę wstrząsów i wibracji oraz zapewnić, że sprzęt jest przygotowany na ekstremalne warunki startu i wznoszenia.

„Ta oparta na komputerach metoda pomaga przewidzieć, jak rakiety i statki kosmiczne zachowują się w ekstremalnych warunkach, zanim zostanie zbudowany sprzęt, i pomaga zidentyfikować słabe punkty oraz potencjalne ryzyka awarii na wczesnym etapie, aby zespół mógł zająć się tymi kwestiami” – powiedział Brian Beaver, szef Działu Analizy Lotu w Biurze Programu Startów w NASA Kennedy.

Zespół niedawno po raz pierwszy wykorzystał oprogramowanie podczas certyfikacji rakiety wybranej przez komercyjnego dostawcę usług startowych do misji NASA. Partner komercyjny przeprowadził testy wibracyjne, ale nie testy wstrząsowe. Grupa ds. Środowisk Dynamicznych ustaliła, że konieczne są testy wstrząsowe, i wykorzystała szablon opracowany przez grupę do przeprowadzenia porównań typu co, jeśli, wizualizacji zachowania konstrukcji oraz odpowiedzi na złożone pytania, które w przeszłości wymagałyby rozległego modelowania ręcznego. Zespół zweryfikował wyniki testów firmy dotyczące środowisk lotnych, a analiza dostarczyła nowych wniosków dotyczących wstrząsów podczas transportu.

„Korzystamy z narzędzia, które istnieje od dziesięcioleci, ale zazwyczaj nie jest używane w dyscyplinach związanych z dynamicznymi środowiskami” – powiedział Alex Hardt, inżynier astronautyki z Launch Services Program Office w NASA Kennedy. „Ale to zmieniamy. Wykorzystujemy je w stosunkowo nowym obszarze dynamiki.”

Chociaż rakiety i statki kosmiczne są zaprojektowane tak, aby absorbować wstrząsy i wibracje, te siły mogą powodować zużycie lub potencjalne awarie podczas lotu, szczególnie podczas startu i wznoszenia.

„Określamy, jak poważne są poziomy losowych wibracji i wstrząsów, a następnie sprawdzamy, czy wszystkie części wysyłane w przyszłych rakietach zostały przetestowane do tych poziomów, maksymalizując ich trwałość” – powiedział Hardt.

Od dziesięcioleci inżynierowie szacowali środowiska wstrząsów i wibracji, korzystając z zasad kciuka lub skalowania wcześniejszych danych, aby oszacować, w jaki sposób każdy komponent rakiety lub sprzęt statku kosmicznego zostanie dotknięty po złożeniu i locie. Podejście to działało, ale w dużej mierze opierało się na osądzie inżynierskim i prostych przybliżeniach opartych na wcześniejszych misjach.

Ponieważ większość inżynierów pracujących w dynamicznych środowiskach rzadko korzysta z narzędzi do modelowania elementów skończonych, często muszą oni ponownie uczyć się złożonych przepływów pracy. Oprogramowanie zastępuje starsze narzędzia i zapewnia standardowy szablon, który szybciej i dokładniej prowadzi inżynierów przez profile drgań i warunki wstrząsów.

Analiza elementów skończonych to potężna technika symulacyjna, która dzieli złożoną strukturę na mniejsze komponenty, umożliwiając komputerom dokładne przewidywanie, jak statek kosmiczny lub rakieta mogą reagować na określone siły lub warunki startu. Jest to istotne, ponieważ problemy można rozwiązać na Ziemi; gdy rakieta opuści platformę startową, większość problemów nie może zostać naprawiona ani skorygowana, co sprawia, że wczesne wykrycie jest kluczowe.

„Wykorzystaliśmy to narzędzie, aby szybko uzyskać bardzo cenne informacje na temat weryfikacji systemu dostawcy” – powiedział Hardt. „Już dostarczyło nam naprawdę głębokich wglądów w coś, co zwykle wymaga dużo wysiłku.”

Hardt podkreśla, że możliwość wizualizacji nieintuicyjnych problemów dynamicznych za pomocą modeli elementów skończonych również uwydatnia wartościowy wpływ oprogramowania na naukę, efektywność i zgodność z kulturą NASA skoncentrowaną na ludziach. Przepływ pracy może pomóc inżynierom w dzieleniu się wiedzą, udoskonalaniu ocen przy użyciu dodatkowych danych lotu oraz zwiększaniu biegłości w korzystaniu z narzędzi modelowania. Ta możliwość już pozwoliła zaoszczędzić miesiące, umożliwiając zespołowi przeprowadzanie analiz niezależnie, bez konieczności proszenia o raporty lub dane i czekania na nie, a także pomagając im identyfikować ryzyka, które wcześniej nie były brane pod uwagę.

Biuro Usług Startowych NASA odpowiada za wystrzeliwanie rakiet wynoszących na orbitę statki kosmiczne obserwujące Ziemię, badające inne planety i eksplorujące wszechświat – od satelitów meteorologicznych, przez teleskopy kosmiczne, po łaziki marsjańskie. Zespół nieustannie wdraża nowe narzędzia, aby zapewnić agencji jak największe praktyczne szanse powodzenia każdej misji.

Źródło: NASA · Oryginalny komunikat

Zamień ciekawość w pierwszą obserwację

Konto daje dostęp do pełnego Kalendarium, własnego dziennika, zestawów sprzętu i galerii.

Otwórz Kalendarium Załóż bezpłatne konto Jak zacząć?

NASA udoskonala analizę wstrząsów i wibracji

Powiązane wiadomości

21 października 1897: Poświęcenie Obserwatorium Yerkesa

Biały karzeł z Gwiazdozbioru Kartusza pokazuje, że niektóre gwiazdy naprawdę są zielone

Zamień ciekawość w pierwszą obserwację

Comments

Dodaj komentarz Anuluj pisanie odpowiedzi

Twoja prywatność