CC BY
13"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов
References
1. Feodos'ev V. I. Soprotivlenie materialov. 10-e izd. M. : MGTU, 1999. 592 p.
2. Postroenie resheniya sistemy differencial'nyh uravnenij dlya volnovodov kosmicheskih apparatov / P. N. Sil'chenko, I. V. Kudryavcev, M. M. Mihnyov, O. B. Gocelyuk // Sovremennye tekhnologii. Sistemnyj analiz. Modelirovanie. 2015. № 4. P. 154-159.
3. Nekotorye podhody k polucheniyu resheniya sistemy differentsial'nyh uravneniy dlya elementa
volnovodnogo trakta KA / P. N. Silchenko, I. V. Kud-ryavtsev, M. M. Mihnev, O. B. Gotselyuk // Vestnik NIYAU MIFI. 2015. Vol. 4, № 1. P. 19-24.
4. Papkovich P. F. Teoriya uprugosti, L. ; M. : Izd-vo GIOP, 1939. 642 p.
5. Aleksandrov A. V. Osnovy teorii uprugosti i plastichnosti. 1990. 400 p.
© Сильченко П. H., Кудрявцев И. В., Михнев M. М., Наговицин В. H., Гоцелюк О. Б., 2016
УДК 629.78.05
АНАЛИЗ ТЕРМОУПРУГОГО СОСТОЯНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ВОЛНОВОДОВ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ СВЯЗИ*
П. Н. Сильченко1, И. В. Кудрявцев1*, M. М. Михнев2, В. Н. Наговицин2, О. Б. Гоцелюк2
1 Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 2АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
*E-mail: [email protected]
Предлагается более полная методология оценки и анализа зависимости термоупругого напряжённо-деформированного состояния крупногабаритных протяжённых волноводов от сочетания конструктивных особенностей с комплексом внешних воздействий.
Ключевые слова: волновод, солнечное излучение, потеря мощности, нагрев, скин-слой, токопроводящее покрытие, математическая модель, термоупругое состояние, напряжения.
ANALYSIS OF THE THERMOELASTIC STATE OF LARGE-SIZE WAVEGUIDES OF COMMUNICATION SPACECRAFTS
P. N. Silchenko1, I. V. Kudryavtsev1*, M. M. Mikhnev2, V. N. Nagovitsyn2, O. B. Gotseluk2
1Siberian Federal University 79, Svobodnyi Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
2JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation *E-mail: [email protected]
The research proposes Fuller methodology of assessing and analysing the thermoelastic stress-deformed state of large-size extended waveguides from a combination of design features and complex of external influences.
Keywords: waveguide, sunlight, loss of power, heating, skin layer, conducting covering, mathematical model, thermoelastic state, stress.
Введение. При эксплуатации в составе антенно-фидерных систем космических аппаратов (КА) крупногабаритные протяжённые волноводы подвергаются непрерывным и циклическим температурным воздействиям, которые вызывают возникновение значительного напряженно-деформированного состояния в местах их крепления к сотовым панелям и аппаратным блокам, опорам, на криволинейных участках и в других местах [1; 2].
Сложная пространственно-разветвленная геометрия протяженных волноводов в сочетании с их закреплением в основных и промежуточных опорных точках приводит к возникновению комплекса температурных напряжений и деформаций. Для обеспечения требований по прочности, жесткости, точности их геометрии и ее стабильности необходимо максимально полно учитывать особенности действительного термоупругого состояния волноводов [3].
*Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ № МК-2875.2015.8.
<Тешетневс^ие чтения. 2016
СВЧ-сигнт Солнечное излучение Комплекс внешних воздействий
Опасные ой-шсИШ расгчНМынанМН'Я Но уточненным .методикам
Двухуровневая модель волноводов: а - участок волновода; 6 - расчетная модель участка волновода
В настоящее время термоупругое состояние оценивается по упрощенным расчетным схемам и условиям нагружения численными методами (МКЭ, МКР и др.) в готовых пакетах прикладных программ (ANSYS, Nastran и др.), что недостаточно для создания крупногабаритных протяжённых волноводов с минимальными массогабаритными параметрами и с улучшенными функциональными характеристиками.
Математическая модель. Анализ основных источников возникновения тепловых воздействий в волноводах показывает, что необходимо в основном учитывать:
1. Солнечное излучение - один из источников тепла, который и определяет температурное поле волноводов в глобальной постановке (см. рисунок, а).
2. Переход части передаваемой энергии повышенной мощности СВЧ-сигналов в тепловую - рассеивание с выделением тепла. Потери сигнала происходят как по тонкостенным участкам волноводов, так и в местах их соединения между собой [4].
3. Специфика распространения тепла в условиях космоса: основной фактор - его перенос и теплоотдача излучением, а конвективный теплообмен в вакууме практически отсутствует.
С целью учёта всех этих особенностей нагрузочного состояния волноводов и достижения требований к их функциональному назначению нами предлагается двухуровневая модель оценки и анализа термоупругого состояния крупногабаритных волноводов [5; 6]:
1. На первом этапе вся волноводно-распреде-лительная система (ВРС) космического аппарата рассматривается в глобальной постановке и моделируется как стержневая система на действие нагрузок, эквивалентных вышеуказанным источникам тепла (см. рисунок, 6).
При решении этой задачи определяется термоупругое напряженно-деформированное состояние ВРС в
целом независимо от ее протяженности и пространственной конфигурации.
2. На втором этапе такая модель позволяет выделять любые локальные области волноводов для расчета по разработанным нами уточненным методикам. Предлагаемая методология позволяет оценить локальное НДС с учётом температурных воздействий любого рассматриваемого участка, в частности, определять напряженное состояние токопроводя-щего покрытия, соединительных элементов и др.
Решение. Выполняемые вычислительные мероприятия по предлагаемой методологии в глобальной постановке решаемой задачи позволят определять общее, а на выделенном участке - уточнённое частное термоупругое НДС крупногабаритных протяжённых волноводов антенно-фидерных систем космических аппаратов связи.
Заключение. Предлагаемая двухуровневая математическая модель определения и оценки термоупругого состояния учитывает основные требования конструктивных и функционально-эксплуатационных параметров волноводов.
Разработка методов решения такой задачи и их автоматизация путем создания соответствующих программ для ЭВМ позволяет оперативно и достоверно учитывать термоупругое состояние волноводов и давать обоснованные рекомендации по их трассировке, местам и способам закрепления и другим параметрам с учётом динамических особенностей при выведении КА на орбиту.
Результаты исследований предполагается использовать для оценки и проектирования волноводов ан-тенно-фидерных систем существующих и новых перспективных КА.
Библиографические ссылки
1. Авдуевский В. С. Основы теплопередачи в авиа-и космической технике. М., 1992. 528 с.
"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
2. О напряженно-деформированном состоянии в открытом космосе конструкций волноводно-распре-делительных систем / В. И. Халиманович, М. М. Михнев, В. Н. Наговицин, О. Б. Гоцелюк, П. Н. Сильчен-ко, И. В. Кудрявцев // Решетневские чтения : материалы XVII междунар. НТК / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. Т. 1. С. 48-50.
3. Оценка температурного состояния волноводно-распределительных систем космических аппаратов связи / П. Н. Сильченко, И. В. Кудрявцев, М. М. Михнев, Е. С. Новиков, О. Б. Гоцелюк // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо'2014) : материалы 24-й междунар. НТК. 7-13 сентября. Севастополь, 2014. С. 980-981.
4. Нагрев волноводов космических аппаратов связи при передаче СВЧ сигналов / П. Н. Сильченко, И. В. Кудрявцев, М. М. Михнев, О. Б. Гоцелюк // Успехи современной радиоэлектроники. 2015. № 10. С. 19-22.
5. Анализ напряженно-деформированного состояния тонкостенных конструкций волноводно-распределительных систем космических аппаратов связи / П. Н. Сильченко, И. В. Кудрявцев, М. М. Михнев, О. Б. Гоцелюк // Механика и математическое моделирование в технике : материалы всерос. НТК. Москва, 17-19 мая. М., 2016. С. 55-59.
6. Особенности решения системы дифференциальных уравнений и определение «действительного» НДС волноводов при изгибе / П. Н. Сильченко, И. В. Кудрявцев, В. Н. Зимин, О.Б. Гоцелюк // Механика и математическое моделирование в технике : материалы всерос. НТК. Москва, 17-19 мая. М., 2016. С. 47-51.
References
1. Avduevskij V. S. Osnovy teploperedachi v avia i kosmicheskoj tehnike, 1992. 528 p. (In Russ.).
2. Khalimanovich V. I., Mikhnev M. M., Nagovit-syn V. N., Gotseluk O. B., Silchenko P. N., Kudryavt-sev I. V. [About stress state in the outer space of constructions of waveguide and distributive systems] // Materialy XVII Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XVII Intern. Scientific. Conf. "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2013. Vol. 1. P. 48-50. (In Russ.).
3. Silchenko P. N., Kudryavtsev I. V., Mikhnev M. M., Novikov E. S., Gotseluk O. B. [Evaluation of the temperature condition of waveguide-distributive systems of communication spacecrafts] // CriMiCo 2014. 24th International Crimean Conference Microwave and Telecommunication Technology, Conference Proceedings 6959723. P. 980-981. (In Russ.).
4. Silchenko P. N., Kudryavtsev I. V., Gotseluk O. B. [Heating of wave guides of spacecrafts of communication by transfer of SHF-signals] Uspehi sovremennoj radiojelektroniki. 2015. № 10. P. 19-22. (In Russ.).
5. Silchenko P. N., Kudryavtsev I. V., Mikhnev M. M., Gotseluk O. B. Analiz naprjazhenno-deformirovannogo sostojanija tonkostennyh konstrukcij volnovodno-raspredelitel'nyh sistem kosmicheskih apparatov svjazi. Materialy vserossijskoj NTK «Mehanika i matematicheskoe modelirovanie v tehnike», Moscow, 2016. P. 55-59. (In Russ.).
6. Silchenko P. N., Kudryavtsev I. V., Zimin V. N., Gotseluk O. B. Osobennosti reshenija sistemy differencial'nyh uravnenij i opredelenie «dejstvitel'nogo» NDS volnovodov pri izgibe // Materialy vserossijskoj NTK «Mehanika i matematicheskoe modelirovanie v tehnike», Moscow, 2016. P. 47-51. (In Russ.).
© CmbHeHKO n. H., Ky^psBqeB H. B., MHXHSB M. M., HaroBHqHH B. H., ToqenroK O. E., 2016
УДК 53.083:520.6
ПОДСИСТЕМА ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ ВЫСОКОТОЧНЫХ СИСТЕМ КОСМИЧЕСКОЙ ОРИЕНТАЦИИ С НЕСКОЛЬКИМИ ДАТЧИКАМИ*
О. Ю. Стекольщиков*, А. О. Жуков, А. И. Захаров, М. Е. Прохоров, М. С. Тучин
Государственный астрономический институт имени П. К. Штернберга Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова Российская Федерация, 119991, Москва, Университетский просп., 13 Е-таП: [email protected]
Погрешность современных датчиков определения ориентации по астрономическим объектам стала меньше, чем размеростабильность конструкций КА. Предложена конструкция подсистемы геометрического контроля для измерения в реальном времени изменения взаимного положения оптических датчиков ориентации. Показания этой подсистемы должны обрабатываться вместе с показаниями датчиков ориентации.
Ключевые слова: ориентация КА, звездные датчики, геометрический контроль, датчики смещения.
'Разработка ПГК была выполнена при финансовой поддержке Министерством образования и науки Российской Федерации в рамках проекта RFMEI60414X0094.
