Frage:
Haben Raumfahrzeuge ähnliche Anforderungen an die strukturelle Integrität wie U-Boote?
coleopterist
2013-08-29 22:11:12 UTC
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Wenn ein Raumschiff ein Splashdown -Manöver ausführt, steht ein Wiederherstellungsteam bereit, um die Kapsel und ihren menschlichen Inhalt schnell wiederzugewinnen. Ein Schwimmkragen erhöht den Auftrieb und verhindert das Absinken des Raumfahrzeugs. Wenn das Raumschiff jedoch gesunken wäre, könnte es dem Druck der Tiefe standhalten?

Was sind strukturell die Unterschiede zwischen einem Raumschiff, das im Vakuum von schwebt? Weltraum und ein U-Boot, das unter Wasser in einem Ozean schwimmt?

Dies ist eine gute, wenn auch grundlegende Frage. Die Antwort liegt in der Richtung, Druck zu halten und Druck zu widerstehen. In vielerlei Hinsicht ist das U-Boot viel härter, da der Rumpfdruck stark ansteigen kann, während Sie selten etwas über 1 atm Druck auf den Rumpf eines Raumfahrzeugs sehen.
Von U-Booten abgefeuerte ballistische Raketen müssen auch mit einer inversen Druckbelastung umgehen.
Ich dachte, es geht um den Seedrachen. Schließlich besteht die Idee darin, einen U-Boot-ähnlichen Rumpf für eine Rakete zu verwenden. Http://space.stackexchange.com/questions/874/what-is-the-basic-idea-of-the-truax-space-truck
@AlanSE: Das klingt nach dem Beginn einer hervorragenden Antwort.
@Erik: Kann ich Sie überreden, diese Kommentare als Antworten aufzuschreiben? Vielen Dank.
http://en.wikipedia.org/wiki/Soyuz_23
U-Boote halten einem enormen Außendruck stand und müssen wasser- und luftdicht sein. Satelliten müssen hartes Vakuum tolerieren und sind, sofern die Missionsanforderungen nichts anderes erfordern, so ausgelegt, dass sie beim Aufstieg entlüften.
Drei antworten:
#1
+15
SF.
2013-08-30 16:55:38 UTC
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Lassen Sie uns zwischen "Raumfahrzeug" und "Landekapsel" unterscheiden.

Es gibt verschiedene Flugphasen mit verschiedenen Voraussetzungen und verschiedenen (erheblich unterschiedlichen) Konstruktionen von Raumfahrzeugen.

Nehmen wir zuerst die Kapsel. Es muss einem heftigen Wiedereintritt und ungleichen Luftdrücken standhalten - die freiliegende Seite erwärmt sich aufgrund der Luftreibung, die mit einem ziemlich hohen Druck verbunden ist, enorm. Es muss nicht schlank und aerodynamisch sein, ganz im Gegenteil, es ist eine große Luftbremse mit einer Passagierkabine an der hinteren Seite. Der Druck ist weitgehend unidirektional und in erster Linie überhitzt, so dass die Konstruktionsprobleme des U-Bootes mit seinem omnidirektionalen Druck, seiner Fähigkeit, unerwarteten Druckwellen (Explosionen), seiner mageren Form zur Minimierung des Widerstands und der allgegenwärtigen Wasserkühlung, die eine Überhitzung zum Problem macht, sehr weit voneinander entfernt sind .

Als nächstes das Orbitalschiff. Um dorthin zu gelangen, muss es leicht sein. Ein leichter Tritt hätte die Wände des Apollo-Mondmoduls durchbohren können. Die ISS ist stabiler, muss aber dennoch einem Druckunterschied von 1 bar nach außen standhalten (dies entspricht einer Eintauchtiefe von nur 10 m), und nach außen bedeutet dies, dass kein Kreuz erforderlich ist -Balken, um ein Knicken zu verhindern; es hat die natürliche Tendenz, sich wie ein Ballon aufzublähen. Es ist nicht im geringsten mager oder aerodynamisch, der Luftwiderstand ist kein Problem. Seine Konstruktionsprobleme sind denen des Flugzeugrumpfs viel näher als denen eines U-Bootes.

Und schließlich die Trägerrakete. Dieser muss schlank sein, aber auch hier muss er leicht sein. Es ist nicht beständig gegen seitliche Kräfte (seine eigene vom Turm reflektierte Schallwelle könnte ihn beschädigen!) Und muss auch hier keinen hohen äußeren Drücken standhalten. Der Hauptkraftstofftank des Shuttles hängt vom internen Kraftstoffdruck ab. In anderen Fällen handelt es sich bei der Struktur hauptsächlich um eine drucklose Hülle, die den Luftdruck entweichen lässt, wenn er die Atmosphäre verlässt. Sie bietet strukturelle Integrität, isoliert jedoch nicht das Innere - mit Ausnahme des relativ kleinen menschlichen Abteils Ein beträchtlicher Bruchteil einer meterdicken massiven Metallhülle, die für Kampfbedingungen ausgelegt ist - Heimlichkeit, Manövrierfähigkeit, Haltbarkeit, Waffen, aquatische Umwelt -, steht vor ganz anderen baulichen Herausforderungen. Auf der anderen Seite gibt es viel mehr Überschneidungen mit Flugzeugen.

Ich stelle nur fest, dass nicht alle U-Boote militärisch oder für den Kampf ausgelegt sind.
Der Tritt, der Apollos Wände durchbohren würde, würde die Füße schwer verletzen. Aber ein gebrochener Fuß und eine unbeschädigte Wand sind sehr wahrscheinlich. Die Wände des Apollo-Befehlsmoduls sind viel steifer als die Wände des Mondmoduls, die nicht für einen atmosphärischen Wiedereintritt ausgelegt sind.
@Uwe: Okay, klargestellt - ich meinte das Mondmodul vom ersten Moment an; Es gibt einen separaten Bereich für Wiedereintrittskapseln.
#2
+12
Anthony X
2014-06-24 07:23:48 UTC
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Raumfahrzeuge sind so ausgelegt, dass sie Innendruck von nicht mehr als einer Atmosphäre enthalten. U-Boote sind so konstruiert, dass sie Dutzenden von Atmosphären von äußerem Druck standhalten. Darüber hinaus haben Luft- und Raumfahrtsysteme sehr hohe Gewichtsbudgets - zusätzliches Gewicht bedeutet zusätzlichen Kraftstoff, um die Motoren zum Heben anzutreiben, was selbst zu viel Gewicht führt ... und das System wird nicht in der Lage sein, sein Missionsziel zu erreichen oder vielleicht sogar aus dem Verkehr zu ziehen Boden. Tauchboote haben auch Gewichtsbudgets, aber sie sind nirgends so streng. Die Strukturelemente eines Raumfahrzeugrumpfs arbeiten überwiegend unter Spannung, bei einem signifikanten Bruchteil der Fließgrenzen des Materials, und der wahrscheinlichste Versagensmodus wäre ein Zugbruch. Die Bauteile eines U-Boot-Rumpfes arbeiten überwiegend unter Kompression, und der wahrscheinlichste Ausfallmodus ist ein Knicken.

Offensichtlich sind die Raum- und Unterwasserumgebungen völlig unterschiedlich und stellen Fahrzeugkonstrukteure und Konstrukteure vor ganz andere Herausforderungen Ingenieure. Also, nein, die Anforderungen sind überhaupt nicht ähnlich.

Angesichts all der oben genannten Umstände könnte man vernünftigerweise ableiten, dass, wenn man eine Raumkapsel (hypothetisch) versiegeln und eintauchen würde, ihre Struktur knicken würde ( es würde in relativ geringer Tiefe zerkleinert werden. Kapseln wie Merkur, Zwillinge und Apollo hatten genügend Bouyancy, um auf der Meeresoberfläche zu schweben. Solange die Luken und Lüftungsschlitze geschlossen blieben, um das Eindringen von Wasser zu verhindern, konnten sie unbegrenzt über Wasser bleiben. Sie konnten nur untergetaucht werden, wenn Wasser eindringen konnte (und verdrängte Luft entweichen konnte). In einem solchen Fall würde es keinen Druckunterschied am Rumpf geben, um ihn zu zerdrücken, egal wie tief er gesunken ist.

Die Schwimmkragen wurden benötigt, um die Kapsel zu stabilisieren (halten Sie sie aufrecht im Wasser). und sorgen Sie nach dem Öffnen der Luke für Bouyancy.

#3
+8
Sumurai8
2013-08-31 15:18:47 UTC
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Soweit mir bekannt ist, wurde nur ein Landefahrzeug nicht zurückgefordert, bevor es auf den Grund des Sees sank (Liberty Bell 7). Es wurde 1999 nach 38 Jahren auf dem Meeresboden geborgen. Die Liberty Bell 7 sank, nachdem die Luke vorzeitig weggeblasen und die Kapsel mit Wasser gefüllt worden war. Aufgrund der Tatsache, dass sich sowohl innerhalb als auch außerhalb der Kapsel Wasser befand, enthält der Wiederherstellungsbericht nicht viele Informationen über den Tiefseedruck auf die gesamte Kapsel. Es wird jedoch einen Einblick in die Wirkung von Meerwasser auf den Rumpf sowie in die Wirkung von Meerwasser und Druck auf verschiedene Instrumente geben.


Eine Inspektion der Quecksilberkapsel Liberty Bell 7, und sein Inhalt wurde am 1. und 2. September 1999 hergestellt. Der Zustand der Kapsel und ihres Inhalts stimmte mit einer langfristigen Exposition gegenüber Salzwasser und hohen Drücken am Meeresboden überein. Viele der metallischen Materialien litten unter Korrosion, während die Materialien auf Polymerbasis bemerkenswert gut überlebt zu haben scheinen. Es wurden keine identifizierbaren Gegenstände oder Strukturen gefunden, die irgendeinen wissenschaftlichen Wert zu haben schienen. Derzeit scheint keine weitere zerstörungsfreie Bewertung gerechtfertigt zu sein.

Zusammenfassung "Liberty Bell 7-Wiederherstellungsbewertung und zerstörungsfreie Prüfung" [1]

Dies wird im Artikel besser erläutert:

Die äußere Struktur war in einem überraschend guten Zustand. (Siehe Abb. 3.) Das schwarze Objekt am Boden der Kapsel ist eine Schürze, die Ballastunterstützung bietet. Der Hitzeschild wäre unter dem Rock gewesen, aber der Hitzeschild fehlte und war nicht wiederhergestellt worden. Die Bodenstrukturen umfassten die flexible Schürze und verschiedene Metallstreifen und -federn, eine Abdeckung, die als Material auf Polymerbasis erschien, und die Kapselbasis dahinter; Alle schienen in gutem Zustand zu sein. Die äußere Hülle der kegelförmigen Seiten der Kapsel bestand ungefähr aus kleinen Blechwellplatten 0,031 Zoll dick, die keine Anzeichen von Korrosion zeigten.

Und später

Der obere Teil der Kapsel, der aus dicken Aluminiumplatten bestand, erfuhr erheblicher Materialverlust durch Korrosion. Obwohl einige Bereiche eine volle Dicke von ungefähr 0,220 Zoll aufwiesen, waren die meisten Bereiche geringer, einschließlich einiger Bereiche, in denen das Material vollständig verloren ging. An diesen Aluminiumplatten waren große Knötchen mit Korrosionsprodukten angebracht.

Wenn jedoch Meerwasser auf das Innere der Landekapsel trifft, zerstört es fast alles, entweder durch Druck oder durch Korrosion.


Als letzte Anmerkung: Der Bericht erwähnt genau die genaue Dicke verschiedener Teile des Rumpfes. Während der Hitzeschild das 0,078 Zoll (0,7874 mm) dicke Blech am Boden vor Hitze schützt, bezweifle ich, dass der Hitzeschild es vor dem Seedruck schützt. Schließlich korrodiert auch der Hitzeschild vollständig. Obwohl ich keine genauen Zahlen habe, bezweifle ich, dass die (dicken?) 5,58 mm (0,220 Zoll) großen Aluminiumbleche auch dann gegen den geringsten Seedruck schützen, wenn der Rumpf vollständig wasserdicht war. Ich habe jedoch keine genauen Zahlen, um dies zu beweisen.

Obwohl die Landekapseln seitdem stark verbessert wurden, bezweifle ich, dass sich die "Überlebensfähigkeit einer Landekapsel auf dem Meeresboden" erheblich verbessert hat.

[1] Liberty Bell 7-Wiederherstellungsbewertung und zerstörungsfreie Prüfung, E. Madaras & W. Smith, Dezember 1999. Zugriff am 31. August 2013.



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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