Анализ температурных деформаций космического крупногабаритного рефлектора диаметром до 48 метров Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Поскольку в данном случае не учитывается деформация каркаса рефлектора (считаем рефлектор абсолютно жестким телом), то для определения положения фокуса в каждый момент времени ограничимся информацией о начальном положении фокуса и фокальной оси теоретического параболоида. На основании полученных значений проводится анализ вклада деформации штанги рефлектора в общую деформацию конструкции антенны.

Влияние деформаций силового каркаса рефлектора. Поскольку данные о смещениях фронтальной сети включают в себя информацию о деформации штанги, то для получения смещенных координат узлов в рассматриваемом случае необходимо компенсировать линейные и угловые смещения посадочной плоскости.

Полученные координаты узлов ОПР позволят определить положение и форму рефлектора, а также отклонение фокуса и фокальной оси от номинального положения. На основании этой информации проводится анализ вклада деформации каркаса рефлектора в общую деформацию конструкции антенны.

Суммарное влияние деформаций штанги и рефлектора. Используя данные о смещениях узлов фронтальной сети в каждый момент времени, а также о начальном положении вершины теоретического параболоида, определяют смещенное положение фокуса и фокальной оси рефлектора. Расчет требуемых параметров сводится к определению линейных смещений узлов ОПР. На основании полученных значений проводится анализ полной деформации конструкции антенны.

Таким образом, разработанная авторами статьи методика расчета температурных деформаций рефлектора позволяет:

- определить вклад деформации штанги и силового каркаса в общую деформацию рефлектора;

- определиться с выбором количества и состава устройств для подстройки положения и формы рефлектора;

- разработать алгоритмы компенсации ошибок наведения рефлектора;

- разработать алгоритмы компенсации отклонений формы ОПР.

Библиографические ссылки

1. Малоземов В. В. Тепловой режим космических аппаратов. М. : Машиностроение, 1980. 232 с.

2. Голдобин Н. Н. Методика оценки формы радио-отражающей поверхности крупногабаритного трансформируемого рефлектора космического аппарата // Вестник СибГАУ. 2013. Вып. 1(47). С. 106-111.

3. Голдобин Н. Н. Применение теории кватернионов при обработке результатов расчета температурных деформаций рефлектора // Молодежь, техника, космос : сборник работ IV Общероссийской молодежной научно-технической конференции. СПб. : Во-енмех, 2012. С. 45-48.

References

1. Malozemov V. V. Teplovoy regim kosmicheskih apparatov [Thermal mode of spacecrafts] Moscow, Mechanical Engineering Publ., 1980, 232 p.

2. Goldobin N. N. Metodika ocenki formi radiootragaushey poverhnosti krupnogabaritnogo transformiryemogo refleectora kocmichesskogo apparata [The estimation of the form of a large-sized transformed reflector surface for a spacecraft]. Vestnik SibGAU, 2013, № 1 (47), p. 106-111.

3. Goldobin N. N. Primenenie teorii kvaternionov pri obrabotke rezultatov rascheta temperaturnyih deformatsiy reflektora [Theory application of quaternions at processing of results of calculation of temperature deformations of a reflector]. // Sbornik rabot «IV Obscherossiyskoy molodezhnoy nauchno-tehnicheskoy konferentsii «Molodezh, tehnika, kosmos». SPb. : Voenmeh, 2012. p. 45-48.

© Голдобин Н. Н., Голдобина Я. Л., 2015

УДК 629.76/78.001.63

АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ КОСМИЧЕСКОГО КРУПНОГАБАРИТНОГО

РЕФЛЕКТОРА ДИАМЕТРОМ ДО 48 МЕТРОВ

Н. Н. Голдобин

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: goldobin@iss-reshetnev.ru

Проведен анализ температурных деформаций крупногабаритного сетчатого рефлектора диаметром до 48 метров в рамках выполнения специальной части опытно-конструкторской разработки «Прибор-Рефлектор» по Федеральной космической программе России на 2006-2015 годы. Определена степень влияния температурных деформаций силового каркаса рефлектора и его штанги на положение и форму отражающей поверхности. Приведены рекомендации по изменению конструкции рефлектора и штанги с целью компенсации этого влияния.

Ключевые слова: космический аппарат, отражающая поверхность, рефлектор, температурные деформации.

Решетнеескцие чтения. 2015

THE ANALYSIS OF TEMPERATURE DEFORMATIONS OF THE SPACE LARGE-SIZE REFLECTOR WITH 48 METERS APERTURE

N. N. Goldobin

JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Jeleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: goldobin@iss-reshetnev.ru

The author of the article analyses temperature deformations of a large-size mesh reflector with 48 meters aperture. The research is within the limits of a special part of developmental working out "Device-Reflector" within the Federal space program of Russia for 2006-2015. The research defines the scope of temperature deformations of a reflector force structure and a boom on position and the form of a reflecting surface. The research contains recommendations about changes in a reflector design and a boom to indemnify this influence.

Keywords: the spacecraft, a reflecting surface, a reflector, temperature deformations.

В рамках 2-го и 3-го этапов работ по договору № 14/12 Научно-исследовательским институтом прикладной математики и механики (НИИ ПММ ТГУ, г. Томск) были выполнены расчеты деформации рефлектора с диаметром апертуры до 48 метров по СЧ ОКР «Прибор-Рефлектор» от воздействия солнечного теплового потока [1].

Исходные данные для проведения расчетов

2-го этапа работ НИИ ПММ ТГУ были выданы на промежуточном этапе проектирования рефлектора (2013 г.), при этом каждое звено спицы силового каркаса имело сплошное поперечное сечение в виде тонкостенного кольца. Поэтому расчеты выполнялись НИИ ПММ ТГУ для модели рефлектора именно с таким поперечным сечением. При выполнении

3-го этапа работ НИИ ПММ ТГУ (2014 г.) расчеты проводились для модели конструкции рефлектора, имеющей в своем составе сетчатые спицы.

Для проведения теплового анализа НИИ ПММ ТГУ была разработана конечно-элементная модель (КЭМ), которая включает следующие основные составные части: основание рефлектора; 8 силовых спиц; штанга рефлектора; корпус КА; облучающая система; солнечные панели [1].

Анализ проводился для следующих расчетных случаев теплового расчета:

- точка весеннего равноденствия (ТВР);

- точка зимнего солнцестояния (ТЗС).

Временной диапазон для каждого расчетного случая составляет 24 часа.

Для каждого расчетного случая теплового расчета проведен анализ геометрической точности отражающей поверхности рефлектора с определением влияний на нее деформации штанги, а также деформации силового каркаса. Анализ проводился для следующих случаев:

- определение влияния только деформации штанги на точность рефлектора (рефлектор принимается абсолютно жестким);

- определение влияния только деформации силового каркаса рефлектора на точность рефлектора (штанга принимается абсолютно жесткой);

- определение полной деформации (силового каркаса и штанги вместе) рефлектора на его точность.

Во всех расчетных случаях определялись основные параметры геометрической точности отражающей поверхности рефлектора:

- отклонение фокальной оси ПНС относительно номинального положения;

- отклонение фокуса ПНС относительно номинального положения;

- СКО относительно ПНС.

В соответствии с разработанной автором статьи методикой анализа температурных деформаций для рассматриваемых расчетных случаев были получены значения параметров геометрической точности ОПР во времени.

В таблице приведены максимальные значения параметров геометрической точности ОПР, полученные в ходе анализа температурных деформаций после выполнения описанных выше этапов.

Максимальные значения параметров геометрической точности ОПР

Номер этапа Название контролируемого параметра геометрической точности рефлектора

Отклонение положения фокуса ПНС вдоль высоты допустимого цилиндра, мм Отклонение положения фокуса ПНС в плоскости, перпендикулярной высоте допустимого цилиндра, мм Угловое отклонение фокальной оси ПНС 0Ур относительно номинального положения, угл. мин Угловое отклонение фокальной оси ПНС 62р относительно номинального положения, угл. мин СКО относительно ПНС, мм

Допустимые значения 200 38 6 6 15

№ 2 312,0 922,0 56,7 52,6 7,0

№ 3 118,0 88,0 7,5 12,2 6,3

Анализ температурных деформаций показал следующее:

- параметры геометрической точности положения рефлектора относительно номинала по одному из показателей превышают (более чем в 2 раза) допустимые значения;

- параметры геометрической точности формы ОПР находятся в допустимых пределах: СКО относительно ПНС не превышает 6,3 мм (< 15 мм);

- рефлектор имеет существенное отклонение положения фокуса и фокальной оси ПНС от номинального положения под воздействием теплового потока в обоих расчетных случаях (ТВР и ТЗС), однако форма отражающей поверхности имеет допустимое отклонение от идеального параболоида;

- ошибки наведения рефлектора могут быть компенсированы с использованием устройства регулировки положения рефлектора, осуществляющего управление его положением по двум вращательным степеням свободы. Большая часть угловых отклонений фокальной оси рефлектора (до 5,6 угл. мин), которые возникают под действием теплового потока в случаях ТВР и ТЗС, может быть компенсирована до начала ТВР и ТЗС. Оставшиеся отклонения могут быть компенсированы дополнительными управляющими воздействиями в пределах 0,8-3,7 угл. мин. Такой способ управления угловым положением рефлектора позволяет:

- вблизи ТВР и ТЗС проводить подстройку, используя только привод с вращательной степенью свободы относительно оси, сонаправленной с осью Ъ системы координат антенны;

- уменьшить продолжительность превышения допустимых значений геометрической точности ОПР;

- использование сетчатых конструкций в составе рефлектора и штанги позволило в несколько раз

улучшить параметры геометрической точности отражающей поверхности по сравнению с конструкцией со спицами сплошного сечения без теплозащитного покрытия. Необходимо отметить, что в КЭМ рефлектора не была учтена прокладка кабелей, поэтому в случае ее учета предельная величина температурных деформаций может возрасти;

- анализ температурных деформаций показал, что использование звеньев спиц со сплошным поперечным сечением без теплоизоляции недопустимо, поскольку такая конструкция обладает большой площадью, воспринимающей тепловой поток, и, следовательно, большими деформациями по сравнению с сетчатой конструкцией.

Библиографическая ссылка

1. Научно-технический отчет по теме 761 по 2-му этапу ОКР, договор № 14/12. Разработка математической модели и расчет рефлектора, настройки и регулирования профиля поверхности рефлектора. Проведение расчетов в обеспечение разработки рабочей документации. 2014. НИИ ПММ ТГУ.

Reference

1. Nauchno-tehnicheskiy otchet po teme 761 po 2 etapy OKR, dogovor #14/12. Razrabotka matematicheskoy modeli I raschet reflectora, nastroyki i regulirovaniya profilya poverhnosti reflektora. Provedeniye raschetov v obespecheniye razrabotki rabochey dokymentacii [Development of methods for modeling, configuration and control of the surface profile of large reflectors. Adjustment and refinement of computer models. Generalization of the results of experimental design work]. 2014. NII PMM TGU.

© Голдобин Н. Н., 2015

УДК 629.76/78.001.63

ПЕРСПЕКТИВНЫЙ КРУПНОГАБАРИТНЫЙ ТРАНСФОРМИРУЕМЫЙ РЕФЛЕКТОР

ЗОНТИЧНОГО ТИПА

Я. Л. Голдобина, В. В. Шальков

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: vit@iss-reshetnev.ru

Предложена концепция и описана конструкция перспективного крупногабаритного рефлектора зонтичного типа. Проведен сравнительный анализ основных характеристик.

Ключевые слова: крупногабаритный рефлектор, гибкая термостабильная композитная оболочка, отражающая поверхность.