Tanie i lekkie rakiety nośne
Wytyczne NASA SP-8007 dotyczące projektowania struktur wrażliwych na niedoskonałości powstały jeszcze pod koniec lat 60., przez co nie uwzględniają najnowszych osiągnięć w dziedzinie lekkich materiałów kompozytowych. Dotychczasowe wytyczne nie pozwalają też na uwzględnienie obecnego zapotrzebowania branży kosmicznej na obniżanie kosztów rakiet nośnych ani coraz większych wymagań dotyczących ładunku użytecznego. W ostatnich latach stosowano różne podejścia do przewidywania maksymalnego obciążenia konstrukcji rakiety nośnej. Nieliniowe modele elementów skończonych pozwoliły inżynierom uzyskać znaczną zgodność z wynikami doświadczeń. W przypadku fazy przedprojektowej, gdzie potrzebne są szybkie i dokładne narzędzia, koszt obliczeniowy symulacji jest jednak zbyt wysoki. Badacze pracujący przy inicjatywie DESICOS (New robust design guideline for imperfection sensitive composite launcher structures) rozwijali metodę deterministyczną. Metoda pojedynczego obciążenia zaburzającego (SPLA) wykorzystuje profil radialny przykładanego obciążenia jako wskaźnik wrażliwości struktury na niedoskonałości. Pomimo zalet tej metody nadal potrzebne są istotne zasoby obliczeniowy w celu wyznaczenia współczynnika redukcji obciążenia. Jest on wykorzystywany w projektowaniu konstrukcji kompozytowych w celu uwzględniania wpływu niedoskonałości, które obniżają odporność struktur na odkształcenie wyboczające do poziomu wielokrotnie niższego niż w przypadku struktury idealnej. Badacze z zespołu DESICOS zajęli się zatem badaniem możliwości łączenia metody SPLA z podejściami półanalitycznymi. Dążąc do zastosowania nowej metodologii połączonej we wstępnym projektowaniu struktur rakiet nośnych, badacze zweryfikowali ją poprzez rozbudowane testy na konstrukcjach z materiałów kompozytowych. Stwierdzono, że nieusztywniony cylinder poddany obciążeniu wzdłużnemu i pojedynczemu obciążeniu zaburzającemu o dostatecznie dużej sile ulega wyboczeniu przy obciążeniu o 45% większym niż w konstrukcjach tworzonych według istniejących wytycznych. Co istotne, w wybranych przypadkach dowiedziono, że nowa metodologia może skrócić czas projektowania i ograniczyć koszty produkcji przy jednoczesnym zwiększeniu ładunku użytecznego. Wyniki projektu DESICOS opublikowano w ponad 30 artykułach w pismach naukowych i streszczono w formie podręcznika projektowania kompozytowych konstrukcji rakiet nośnych.
Słowa kluczowe
Rakiety nośne, wrażliwość na niedoskonałości, NASA, materiały kompozytowe, DESICOS, metoda pojedynczego obciążenia zaburzającego
