Молоток для работы в космосе важное качество

Молоток для работы в космосе важное качество

5. Можно ли в космическом корабле пользоваться молотком?

Почему обычным молотком пользоваться в космосе сложнее?

Вакуум–это среда, где есть какие-то молекулы, но их так мало, что они никогда не сталкиваются.

В космосе не то что сложно, а практически невозможно пользоваться обычным молотком. Это происходит, потому что на земле и в космосе разные условия.

Конструкция молотка на земле сделана по принципу получения большей кинетической энергии, то есть, чем больше скорость замаха и масса самого молотка, тем сильнее удар.

На земле мы работаем молотком, используя точку опоры — пол. В космосе нет точки опоры, нет низа, и все имеют нулевой вес, когда космонавт ударит молотком, это будет выглядеть как столкновение двух тел, у которых есть кинетическая энергия, космонавта просто начнёт крутить из стороны в сторону, а то почему он ударил, отлетит в сторону, потому что они сами по себе они ни к чему «не привязаны». По этому нужно работать молотком относительно чего-то, например можно закрепить молоток на корпусе того, почему надо ударить, так что бы молоток был не сам по себе, а имел точку опоры.

Молоток для работы в космосе важное качество

В недавнее время создали молоток для работы в космосе, по форме он не сильно отличается от молотка, каким работают на стройке, но всё же есть отличие, которое позволяет гасить отдачу при ударе. Его особенность заключается в полом строении бойка, в котором находится дробь. Особая ребристая рукоять не даёт выскользнуть молотку из руки.

Изобретение относится к космической технике, в частности к инструментам для выполнения технологических операций космонавтом в скафандре вне гермоотсеков, в условиях невесомости, вакуума и знакопеременных температур.

В процессе выполнения слесарно-монтажных и ремонтно-восстановительных работ космонавты используют широкий спектр ручных инструментов, адаптированных к функциональным возможностям космонавта, облаченного в скафандр, и факторам окружающей среды. Наряду с другими инструментами используются молотки — ручной инструмент ударного действия с поступательным движением рабочей части — бойка.

Обязательным условием жизни и работы в невесомости является фиксация всех предметов или управление их перемещением, во избежание бесконтрольного дрейфа как внутри отсеков, так и за бортом космического объекта.

В 1970 г. была развернута программа по экспериментальному исследованию возможностей космонавта в скафандре выполнять технологические операции с использованием инструментов. В условиях моделированной невесомости при полете самолета по параболической траектории оценивался широкий спектр инструментов, в том числе и молоток. На режиме невесомости, при нанесении удара по металлической конструкции был зафиксирован отскок молотка от конструкции вместе с рукой испытателя по направлению к остеклению гермошлема скафандра, что представляло угрозу целостности остекления. Удерживание молотка в момент отскока при редукции усилия сжатия кисти в наддутой перчатке скафандра требует от космонавта большого напряжения с риском утери молотка. После многократного повторения данного эксперимента однозначно сформировалась необходимость исключить явление отскока молотка после удара. Безреактивность определена как обязательное свойство молотка для использования его в условиях невесомости.

В статье авторов Ц. Олегова 1 , ( 1 Псевдоним автора данной заявки) Г. Сергеева "Инструменты для космонавта", опубликованной в 1976 г. [1], показан "неотскакивающий при ударе молоток, в полый корпус которого помещены металлические шарики, принимающие на себя энергию отдачи". В описании отсутствует указание о соотношении геометрических величин полости и той ее части, которая заполнена помещенным в нее сыпучим материалом. Однако произвольно назначенное соотношение этих величин не может обеспечить парирование отскока в условиях невесомости.

Читать также:  Схема запасовки грузового каната на кране

Известен молоток, отличающийся тем, что он имеет съемную головку в виде пустотелой каплевидной гальки [2], внутрь которой засыпается дробь. В конструкции отсутствуют признаки, которые могли бы способствовать устранению отскока, не указаны соотношения между геометрическими параметрами частей молотка. Кроме того, нанесение ударов молотком каплевидной формы по таким инструментам, как зубило, бородок, пробойник и др., является непродуктивным и опасным для исполнителя в скафандре в условиях невесомости при сниженной координации движений космонавта.

Известен молоток (полезная модель) [3], состоящий из ручки и бойка, имеющего полость, заполненную чугунными частицами полусферической формы и смазывающим веществом, отличающийся тем, что полость имеет форму цилиндра со сферическими поверхностями по концам при соотношении диаметр: длина цилиндра = 1:3-5, и которая заполнена чугунными частицами полусферической формы размером 1-3 мм и силиконовой смазкой, взятой в соотношении объемов чугунные частицы: силиконовое масло = 1:0,8-1,5.

В представленной конструкции нет данных о степени заполнения полости вязким силиконовым маслом и чугунными частицами. Кроме того, сопротивление вязкого силикона препятствует быстрому перемещению частиц, вызывает запаздывание воздействия наполнителя на боек и не исключает его отскока в условиях невесомости.

Известна деревянная киянка [4] с полостью 100×32×3 5 мм, в которую помещена свинцовая дробь №7 в объеме 40 мл и весом 300 г по общности признаков, принятая в качестве прототипа. Отскок при ударе деревянным бойком киянки поглощается нежестким материалом бойка, наполнителем и силой земного притяжения.

Удар металлом по металлу в условиях невесомости носит мгновенный упругий характер, воздействие сил, парирующих отскок, должно наступать в момент отскока. При указанных размерах полости и объеме дроби, последняя занимает 3,57 см по длине полости. Перемещение дроби на 2/3 длины полости вызовет в условиях невесомости запаздывание воздействия дроби на ударную часть бойка к моменту отскока, в результате чего отскок не парируется.

Задачей изобретения является обеспечение безопасности эксплуатации космического молотка в условиях невесомости космонавтом в скафандре.

Задача решается следующим образом.

Космический молоток, в бойке которого образована полость, заполненная сыпучим наполнителем, отличается тем, что длина полости определяется по следующему соотношению величин:

Молоток для работы в космосе важное качество, где:

M — заданная масса молотка, d — диаметр окружности, вписанной в поперечное сечение бойка, ρ — удельная плотность сыпучего наполнителя, при этом масса сыпучего наполнителя m=(0,4÷0,5)M, степень заполнения полости сыпучим наполнителем l=L/(1,1÷1,2).

На фиг.1 — космический молоток.

На фиг.2 — окружность, вписанная в поперечное сечение бойка.

На фиг.3 — прозрачная модель бойка.

На фиг.4 — сравнение отскока космического и обычного молотка.

2 — сыпучий наполнитель.

По наблюдениям на режиме невесомости в полете самолета по параболической траектории, в экспериментах с использованием прозрачной модели бойка 1 (фиг.3) установлено, что оптимальная длина полости L (фиг.1) должна превышать длину части полости l, заполненную сыпучим наполнителем 2, в соотношении

Молоток для работы в космосе важное качество

Данное соотношение, полученное экспериментально, обеспечивает необходимый свободный пробег сыпучего наполнителя и своевременный контакт сыпучего наполнителя с ударной частью бойка для парирования отскока космического молотка.

Читать также:  Технические характеристики стали 09г2с

В результате экспериментов в условиях невесомости установлено, что масса сыпучего наполнителя m обеспечивает оптимальное парирование отскока космического молотка массой M при соотношении

Молоток для работы в космосе важное качество

Тогда объем сыпучего наполнителя v при удельной плотности сыпучего наполнителя ρ определится

Молоток для работы в космосе важное качество

В свою очередь, объем заполненной части полости v, равен

Молоток для работы в космосе важное качество,

где d — диаметр окружности, вписанной в поперечное сечение бойка.

Из выражений (3) и (4) получаем равенство

Молоток для работы в космосе важное качество

откуда длина части полости l, заполненная сыпучим наполнителем, равна

Молоток для работы в космосе важное качество

Согласно полученной экспериментально зависимости (1)

Молоток для работы в космосе важное качество

Разработка космического молотка осуществляется в следующем порядке.

Исходя из технологических задач, назначается масса космического молотка M, форма и размеры ударной части бойка, например, круг диаметром D. В поперечное сечение бойка вписывается, из конструктивных соображений, окружность диаметра d для цилиндрической полости (фиг.2).

Критериями выбора сыпучего наполнителя являются:

— фрагментированный материал, сохраняющий форму частиц;

— отсутствие адгезии между частицами;

— приемлемая удельная плотность материала; рационально использовать материал с удельной плотностью ρ, близкой к удельной плотности материала бойка, например, стальные шары диаметром 2 мм.

Определяют длину полости L (фиг.1) при заданных массе молотка M, удельной плотности сыпучего наполнителя ρ и диаметре полости d по полученной зависимости (7).

Ниже приведен численный пример.

Молоток для работы в космосе важное качество

Степень заполнения полости сыпучим наполнителем по ее длине определяется из соотношений (1) или (6)

Парирование отскока при данной конструкции космического молотка в условиях невесомости реализуется следующим образом:

— при движении бойка на стадии замаха сыпучий наполнитель частично смещается в полости к задней части бойка, при этом образуются бесконтактные зазоры между частицами и разрежение в среде сыпучего наполнителя;

— при обратном движении — в направлении нанесения удара, корпус бойка опережает сыпучий наполнитель ввиду инерционного отставания последнего;

— в момент отскока бойка частицы сыпучего наполнителя вступают в контакт с ударной частью бойка, при этом кинетическая энергия сыпучего наполнителя, уплотнение частиц и трение между частицами обеспечивают парирование отскока.

Свойство безреактивности космического молотка наглядно проявляется в сравнении с обычным молотком при одновременном нанесении ударов (фиг.4).

Космические молотки описанной конструкции подтвердили соответствие назначению и свою эффективность при применении в реальных космических полетах, обеспечено безопасное применение молотка: исключен отскок и контактирование молотка с элементами скафандра при этом, облегчено удерживание космонавтом рукоятки молотка рукой в наддутой перчатке скафандра.

1. Ц. Олегов, Г. Сергеев. Инструменты для космонавта. Наука и жизнь, №9, 1976 г., с.27-32, цв. вкладка.

2. Патент RU 2418674 С2.

3. Патент RU 18508 U1.

4. http://www.master-forum.ru/hand-tools-master- > Молоток, используемый в условиях невесомости, в бойке которого образована полость, заполненная сыпучим наполнителем, отличающийся тем, что длина полости определена по следующему соотношению: ,где: M — заданная масса молотка, d — диаметр окружности, вписанной в поперечное сечение бойка, ρ — удельная плотность сыпучего наполнителя, при этом масса сыпучего наполнителя составляет m=(0,4÷0,5)M, а степень заполнения полости сыпучим наполнителем — l=L/(1,1÷1,2).
Молоток для работы в космосе важное качество
Молоток для работы в космосе важное качество
Молоток для работы в космосе важное качество
Молоток для работы в космосе важное качество
Молоток для работы в космосе важное качество

В космосе невозможно работать обычным слесарным инструментом. Стандартный молоток не способен выполнять свои основные функции. Он предназначен для получения максимальной кинетической энергии с последующей передачей на деталь (плоскость, гвозди, различные конструкции).

Читать также:  Метчик с правой резьбой

Получение наилучшего эффекта от удара достигается благодаря разумному сочетанию веса ударника, формы ручки. Длину рассчитывают на основании величины максимального замаха. Сила удара определяется параметрами молотка. Физическими возможностями человека, условиями внешней среды (плотностью воздуха, параметрами силы тяжести и другими физическими характеристиками).

Молоток для работы в космосе важное качество

За пределами земной атмосферы параметры внешней среды отличаются. Молоток для работы в космосе имеет специальную форму, проверенную на практике. Особенности космического молотка предполагают изменение конструкции головной части и ручки.

Устройство инструмента

Создание космического инструмента требует учитывать следующие условия:

  • отсутствие силы тяжести;
  • сложности выбора точки опоры удара по поверхности;
  • за пределами кабины космического корабля необходимо учитывать работу космонавта в скафандре, возможность свободного полёта инструмента (необходимо предусмотреть его потерю).

Космический молоток разрабатывается для продолжительной работы на станции, во время выхода за пределы корабля. Устройство этого молотка имеет специальную компоновку. Боёк изготавливается прямоугольной формы с пустым пространством в корпусе. Ручка делается рифлёной. Она снабжена элементом крепления прочного шпагата.

Производство ударного элемента обосновано характеристиками металлического корпуса, параметрами материала, помещаемого внутрь:

  • массу наконечника (с учётом веса наполнителя);
  • диаметр внутреннего пространства;
  • механические свойства металла корпуса;
  • удельную плотность материала, выбранного как элементы заполнения.

Молоток для работы в космосе важное качество

При формировании ручки задаётся:

  • внешняя форма, длина держателя;
  • материал (обычно сталь, которая используется для изготовления основной части);
  • длина крепёжного шпагата, материал для его изготовления.

Изготовление ударного элемента, всего изделия производится из высоколегированной антикоррозийной стали. Сыпучим содержимым служат металлические шарики определённой величины (используется свинцовая дробь).

Количество помещённых шариков определяется спецификой космической работы. Металлические шарики занимают одну третью часть внутреннего пространства бойка. Во время удара в условиях невесомости происходит запаздывание воздействия наполнителя на ударную поверхность. Затем начнётся обратный процесс — отскок от детали. Наполнитель только долетит до конца ударной части. Во время нахождения космонавта за пределами космического корабля эффективность применения молотка снижается, что создаёт трудности при проведении ремонтных и восстановительных работ.

Требования к молотку

Качество молотка для работы в космосе зависит от требований, которые к нему предъявляет специфика эксплуатации:

  • конструктивное исполнение бойка;
  • выбор материала корпуса, наполнителя;
  • количество элементов помещаемых внутрь;
  • создание многофункционального изделия;
  • эргономические требования;
  • надёжность, долговечность;
  • эстетическое оформление.

Структура бойка — важное качество, определяющее эффективность выполнения поставленной задачи. Размер камеры получен расчётным путём, подтверждён экспериментально. Важно согласовать воздействие сил на пятку бойка с моментом нанесения удара с последующим отскоком.

Практической работой доказано, масса наполнителя не превышает пятидесяти процентов массы всего космического изделия. Заданные геометрические размеры ударной части определяют объём заполняемый шариками. Длина внутренней камеры равна 3,57 см линейного размера внутреннего пространства.
Важным качеством космического инструмента является многофункциональность. Молоток создаётся для последовательного выполнения различных слесарных операций.

Эргономические требования определяются характером проведения космических работ (невесомость, работа в специальной одежде во время выхода в открытый космос, удобство применения). Последнее свойство определяет способность производить длительную работу космонавта.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *