Рассматриваемые детали — компенсаторы сильфона — выполняют несколько функций в ракетных двигательных установках, возможно, наиболее критично как соединители между линиями топлива и окислителя и двигателями ракеты. В то время как сильфонные соединения использовались на ракетах в течение десятилетий, НАСА хочет убедиться, что вызванная потоком вибрация в соединениях не представляет опасности для его новой системы космического запуска.По данным космического агентства, SLS станет самой мощной ракетой в мире и отправит астронавтов в новую эру исследования глубокого космоса, включая миссии на астероид и, в конечном итоге, на Марс.
Четыре двигателя RS-25, ранее известные как главные двигатели космического шаттла, будут мускулировать SLS в космос в каждой из его миссий.«Сильфонные соединения — это специальные фитинги труб, которые имеют извилины или гребни, которые придают им вид старинных каминных сильфонов или аккордеона», — объяснил Бен Дэвис, доцент колледжа и бывший исследователь НАСА. «Конструкция сильфона позволяет ему изгибаться, когда карданы двигателя, или регулироваться, чтобы контролировать направление тяги».
По словам Дэвиса, сильфонные соединения также поглощают тепловые расширения и сжатия в системах трубопроводов и изолируют колебания от одной секции трубы к другой. К сожалению, гофрированная конструкция, которая делает их такими полезными, также делает соединения восприимчивыми к вибрациям, вызываемым потоком.Дэвис, специализирующийся на исследованиях, связанных с вибрацией конструкций и вибрацией, вызванной потоком, и Стивен Хиггинс, научный сотрудник с высшим образованием, используют грант НАСА для оценки структурной целостности сильфонов, которые являются частью конструкции RS-25.
«Жидкое топливо и кислород, протекающие через соединения, в сочетании с вибрацией самих соединений могут создавать водовороты, называемые вихрями, на внутренних концах изгибов сильфонов», — сказал Дэвис. «Эти вихри взаимодействуют с движением сильфона, создавая нежелательную вибрацию большой амплитуды, которая может привести к усталости конструкции и потенциально катастрофическому разрушению соединения сильфона».Дэвис говорит, что в настоящее время НАСА использует компьютерную модель 30-летней давности, основанную на эмпирических данных, для определения потенциальной нагрузки на соединения сильфонов. Но сейчас космическое агентство проектирует и строит новые стыки вне имеющейся базы данных.«Прямо сейчас у нас нет хороших инструментов прогнозирования», — сказал Дэвис.
Чтобы лучше оценить способность суставов выдерживать напряжение, вызванное потоком, Дэвис и Хиггинс разрабатывают основанную на физических принципах прогнозирующую модель явления вибрации, основанную на более современных методах моделирования и симуляции.«Нам нужно знать, как эти вихри взаимодействуют с вибрацией сильфона, и нам нужно найти способ смоделировать то, что происходит внутри сустава», — сказал Хиггинс, который получает степень магистра инженерии в UGA.
Хиггинс проанализировал данные предыдущих исследований этого явления и разработал вычислительную модель, чтобы предсказать, как будут работать сильфонные соединения. Он и Дэвис планируют провести тестирование потока позже в рамках проекта.