Isogrid

Isogrid på insidan av adaptern som ansluter Orion-rymdfarkosten till Delta IV-raketen för Exploration Flight Test 1

Isogrid är en typ av delvis urholkad struktur som vanligtvis bildas av en enda metallplatta (eller ytplåt) med triangulära integrerade förstyvande ribbor (ofta kallade stringers). Det patenterades av McDonnell Douglas (nu en del av Boeing ). Den är extremt lätt och styv. Jämfört med andra material är det dyrt att tillverka, och det är därför begränsat till rymdfärdstillämpningar och vissa särskilt kritiska delar av mer allmänt rymdfart.

Teori och design

Ovanifrån av isogridpanelen

Tvärsnitt av isogridflänsförstyvning

Isogridstrukturer är relaterade till sandwichstrukturerade kompositpaneler ; båda kan modelleras med sandwichteori , som beskriver strukturer med separerade, styva ytskikt och ett lättare sammanbindande lager. Isogrids tillverkas av enkla materialskivor och med storskaliga triangulära öppningar och ett öppet mönster till flänsarna, jämfört med slutna plåtar och skum- eller bikakestrukturer för sandwichkompositstrukturerna.

Isogridstrukturer utgörs av en tunn hud som är förstärkt med en gitterstruktur. Sådana strukturer används inom flygindustrin eftersom de uppvisar både strukturellt motstånd och lätthet.

Det triangulära mönstret är mycket effektivt eftersom det behåller styvheten samtidigt som det sparar material och därmed vikt. Termen isogrid används eftersom strukturen fungerar som ett isotropiskt material, med lika egenskaper mätt i vilken riktning som helst, och rutnät, med hänvisning till plåt- och förstyvningsstrukturen.

En liknande variant är Orthogrid (kallas ibland ett våffelnät ), som använder rektangulära snarare än triangulära öppningar. Denna är inte isotrop (har olika egenskaper från olika vinklar), men matchar många användningsfall väl och är lättare att tillverka.

Traditionellt användes det liksidiga triangelmönstret eftersom det var mottagligt för förenklad analys. Eftersom det liksidiga triangelmönstret har isotropiska hållfasthetsegenskaper (ingen prioriterad riktning), kallades det iso- rutnät.

Tillverkning

Förstyvningarna i ett isogrid är vanligtvis bearbetade från en sida av ett enda materialark såsom aluminium med en CNC-fräsmaskin. En tjocklek mindre än 0,040 tum (1,0 millimeter ) kan kräva kemiska fräsningsprocesser.

Ett stort framsteg har gjorts mot additiv tillverkningsteknik på grund av en minskning av totala material- och produktionskostnader och hög effektivitet och noggrannhet samtidigt som det ger kontroll över parametrar som porositet. Dessutom har den enkla prototyptillverkningen för teständamål gett ett stort bidrag.

Sammansatta isogrid är konfigurationer av revbensskinn, där åtminstone en del av revbenet är ett annat material än huden, kompositen sammansatt genom olika manuella eller automatiserade processer. Detta kan ge extremt höga hållfasthet-viktförhållanden.

Används

Isogrids på CST-100 tryckkärl

Isogridpaneler bildar självstyvade strukturer där låg vikt, styvhet, styrka och skadetolerans är viktiga, som i flygplan eller rymdfarkoster. Flygplanets isogridstrukturer inkluderar nyttolastskydd och boosters, som måste stödja den fulla vikten av övre steg och nyttolaster under höga G-belastningar. Deras öppna konfiguration med ett enda, förseglat ark som är vänt mot utsidan gör dem särskilt användbara för drivmedelstankar för raketer, där intätning av drivmedlet, men att låta det rinna av vid användning eller underhåll, är nödvändiga funktioner.

Vissa rymdfarkoster och bärraketer som använder isogridstrukturer inkluderar:

Deltafamiljer _
Atlas familjer
Skylab rymdstation Orbital Workshop-modul
SLS Core Stage
CST-100 Starliner
Spacex Crew Dragon
Orthogrids (våffelgaller med ett fyrkantigt mönster) användes i Saturnus rakettankar, på grund av den lägre kostnaden och enkla tillverkningen
Orthogrids är också planerade för Vulcan -raketen.

externa länkar