Clevis-Tang Verbindung

Die Größe länge der Rakete (30 m) macht der Bau aus Segmenten notwendig. Der Bau der Rakete in diese Länge ist nur an Stelle der Lancierung möglich und zweckmäßig. Die Segmente sind mit sogenanten Clevi-tang Verbindung verbunden.

Clevis-Tang Verbindung an der Schnittstelle zwischen zwei zylindrischen Segmenten sollte sicherstellen, dass unter den spezifizierten Belastungsbedingungen bei dem Start die vollständige Dichtigkeit der Gehäuse nach außen und die sichere und gleichmäßige Lastübertragung erreicht werden.

Untersuchungen von verschiedenen bisherigen Konstruktionen am Anfang der ARIANE 5 Entwicklung haben eine Reihe von Schwächen erkannt, die durch geeignete Lösungen eliminiert werden können, wie zum Beispiel:

• Kontrolle der Spiele zwischen den Bauteilen um die durch die Druckbelastung und Bauteilgeometrien verursachte Rotation in der Verbindung zu verringern.

• Anwendung einer Fangvorrichtung um unstabile Zustände und eine übermäßige Rotation zu vermeiden, und

• Positionierung anderer Befestigungen in die Gehäuse ausreichend entfernt von der Verbindung um das potenzielle Überlagerung der Effekte zu vermeiden.

Darüber hinaus, verschiedene Möglichkeiten zur Verbesserung der Funktion der Verbindung, die bei der Auslegung berücksichtigt wurden, wurden entworfen:

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  Minimierung der Unterschiede in der Wanddicken zwischen der Verbindung und dem Zylinderwand wird auch die unterschiedliche radiale Verformungen und entsprechende Rotation minimieren. Die resultierende Erhöhung in Druckbelastung der Bolzen muss, allerdings durch die Erhöhung des Bolzendurchmessers und/oder Zahl der Bolzen kompensiert werden.
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  Falls die Übergänge in der Dicke weiter von der Verbindung verlegt werden (Durch die verlängerten konische Übergänge auf den beiden Seiten), kann das Effekt der relativen Expansion der Wand (ca. 8 mm), das die Rotation und hohe Beanspruchung in der Fangvorrichtung verursacht, kontrolliert werden. Übergang auf der Tangseite ist in diese Hinsicht mehr wichtig.

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  Arrestvorrichtung (capture device) kann die Eröffnung der Spiele kontrollieren, um die Funktion der Dichtringe zu gewährleisten. Sie kann die exzentrische Bewegungen in der Verbindung vermeiden und in der weiteren unvorhersehbaren Situation, wie zum Beispiel im Falle thermischen und mechanischen Verzerrungen, helfen.

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  Erhöhung der Länge und Verminderung der Höhe der Dichtungslippe verursacht höhere Biegungseffekte, die durch Druckbelastung hervorgerufen werden, die in Entgegenrichtung zur Verbindungsrotation wirken.

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  Trennung der Dichtungsflächen an der Lippe machen die Montage von Dichtungen (Gummi O-Ringe) einfacher und sicherer. Falls, zum Beispiel, die Oberflächenkratzer Dichtung beschädigen, im Falle nur eine Dichtungsfläche ist die Wahrscheinlichkeit, dass beide Ringe beschädigt werden sehr hoch.

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  Gleichmäßige Verteilung der Bolzenbelastung und Verminderte exzentrische Lage in Dichtungslippe werden die Spielöffnungen infolge der Biegung der Lippe vermeiden.

Verfeinerte nicht-lineare FEM Analyse unter der Berücksichtigung von elasto-plastischen Verformungen im Material und Bedingungen an den Flächen im Kontakt zeigt, dass die größten Spannungswerte in der Verbindung im Kontakt mit dem Bolzens auftreten. Der Bolzen belastet maximal den Tang am unteren Rand der Tangbohrung und an den Oberkanten der Bohrungen im Clevis, was eine folge der Rotation dieser Verbindung und zu den höchsten Beanspruchungen führt. Die gezielte Verminderung der Rotation in der Verbindung verbessert somit nicht nur die Dichtungsfunktion sonder auch reduziert effektiv die höchsten über elastischen Beanspruchungen in dieser kritischen Verbindung.

Diese plastischen Verformungen in der Verbindung bewirken dass eine Wiederverwendung des Boosterzylinders nicht sehr sinnvoll wäre.