К расчету теплового состояния космической тонкопленочной конструкции с учетом зависимости оптических характеристик от механических напряжений в материале Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневскуе чтения. 2014

УДК 629.78.064.56(043), 629.7.031.7

К РАСЧЕТУ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ КОСМИЧЕСКОЙ ТОНКОПЛЕНОЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ С УЧЕТОМ ЗАВИСИМОСТИ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В МАТЕРИАЛЕ

В. Н. Зимин, Н. А. Неровный

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Российская Федерация, 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5 E-mail: zimin@bmstu.ru, nick.nerovny@bmstu.ru

Приведены результаты экспериментального определения зависимости оптических характеристик односторонне алюминизированной полиэтилентерефталатной пленки от растягивающих усилий. По полученным данным произведен расчет теплового состояния космической тонкопленочной конструкции типа роторного солнечного паруса, нагруженного одноосным растяжением. Показана важность учета данного фактора в некоторых расчетных случаях.

Ключевые слова: тонкопленочная конструкция, солнечный парус, оптические характеристики, зависимость от напряжений.

TO SPACE THIN-FILM STRUCTURE THERMAL STATE CALCULATION WITH ACCOUNT OF OPTICAL FEATURE DEPENDENCE ON MECHANICAL STRESSES IN MATERIAL

V. N. Zimin, N. A. Nerovnyy

Bauman Moscow State Technical University 5, 2-nd Baumanskaya str., Moscow, 105005, Russian Federation E-mail: zimin@bmstu.ru, nick.nerovny@bmstu.ru

The results for experimental determination of one-sided aluminum-backed polyethylene-terephthalate film optical features depending on stretching force values are presented. Calculation of thermal state for a space thin-film structure formed as a rotor solar sail and being under single-axis tension is fulfilled on the base of these results. Importance of due account of this factor for some calculations is shown.

Keywords: thin-film structure, solar sail, optical features, stress dependence.

Космические тонкопленочные конструкции - область исследований, получившая существенное развитие в последнее время. К современным разработкам можно отнести конструкции тепловых экранов космических аппаратов (КА) «Миллиметрон» [1], James Webb Space Telescope [2], разработку космических солнечных парусов - КА IKAROS [3], Nanosail-D2 [4], «Парус-МГТУ» [5] и др. Определенный интерес представляет исследование влияния различных факторов на характеристики подобных конструкций. В данной работе представлены результаты исследования одного из факторов - зависимости коэффициента пропускания тонкопленочного материала от механических растягивающих напряжений.

Были проведены экспериментальные исследования указанной характеристики. Для измерений был выбран случай одноосного растяжения тонкопленочного образца односторонне алюминизированной полиэти-лентерефталатной (ПЭТФ) пленки толщиной 20 мкм. Растяжение осуществлялось с помощью миниатюрной оснастки, приспособленной для установки внутри кюветы спектрофотометра. На каждом шаге измерений производилось фотографирование образца вместе с установленными на нем метками с последующим измерением спектрального коэффициента пропуска-

ния в диапазоне от 200 до 1100 нм. Деформации определялись оптическим методом с последующей геометрической коррекцией, в качестве неподвижной базы использовался набор светоотражающих меток, закрепленных на растягивающей оснастке.

Измерения показали, что для величины относительной деформации от 0 до 20 % наблюдается линейное увеличение интегрального коэффициента пропускания от 0,1 до 0,6 %, после чего начинается резкий рост, также линейного характера, до величины коэффициента пропускания 10 % при деформации разрыва (27...30 %).

Принимая в качестве гипотезы, что коэффициент отражения в сумме с коэффициентом пропускания равен некоторой константе, была вычислена зависимость равновесной температуры лопасти солнечного паруса роторного типа в точке закрепления в зависимости от его длины, при условии, что необходимая скорость вращения роторного солнечного паруса, а следовательно, и величина напряжений и деформаций в точке закрепления, явно зависит от его длины, что было показано в работе [5]. По результатам вычислений было показано, что значение равновесной температуры может выходить за границы допустимого температурного диапазона для полимерного материала.

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

References

1. Smirnov A. V. et al. Space mission Millimetron for terahertz astronomy. 2012. Vol. 8442. P. 84424C -84424C - 9. DOI: http://dx.doi.org/10.1117/12.927184.

2. Gardner J. P. et al. The James Webb Space Telescope // Space Sci Rev. 2006, vol. 123, № 4, p. 485-606.

3. Kawaguchi J. An Overview of Solar Sail Related Activities at JAXA // Advances in Solar Sailing / ed. M. Macdonald Springer Berlin; Heidelberg, 2014, p. 3-14.

4. Katan C. NASA's Next Solar Sail: Lessons Learned from NanoSail - D2. Logan, UT, United States, 2012.

5. Mayorova V. et al. ISS - Test bed for the future solar sail systems (IAC-12-B3.3.10) // Proceedings of 63rd International Astronautical Congress. Naples, Italy, 2012.

© Зимин В. Н., Неровный Н. А., 2014

УДК 629.78.018.4:620.179

АНАЛИЗ НЕРАЗРУШАЮЩИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛОКОМПОЗИТНЫХ БАКОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ КА

И. А. Кравченко1, Л. М. Бородин1, Ю. П. Похабов2, А. М. Лепихин2

1ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: borodin@iss-reshetnev.ru 2Специальное конструкторско-технологическое бюро «Наука» КНЦ СО РАН Российская Федерация, 660049, г. Красноярск, просп. Мира, 53. E-mail: secretary@sktb.krsn.ru

Производится анализ эффективности применения неразрушающих методов контроля ксеноновых баков высокого давления (КБВД) для КА.

Ключевые слова: ксеноновый бак высокого давления (КБВД).

THE ANALYSIS OF NONDESTRUCTIVE CONTROL METHODS OF COMPOSITE OVERWRAPPED PRESSURE VESSEL FOR SFD

I. A. Kravchenko1, L. M. Borodin1, Yu. P. Pokhabov2, A. M. Lepikhin2

1JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: borodin@iss-reshetnev.ru

2Special Designed Technological Bureau KSC SB RAS 53, Mira prosp., Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation. E-mail: secretary@sktb.krsn.ru

The effectiveness of non-destructive testing methods xenon overwrapped pressure vessel for the space flying device (SFD) is analysed.

Keywords: xenon overwrapped pressure vessel.

Главное преимущество использования в КА ме-таллокомпозитных баков высокого давления по сравнению с металлическими сосудами высокого давления заключается в достижении лучших удельных весовых характеристик.

КБВД (в англоязычной литературе COPV -Composite Overwrapped Pressure Vessel) - это сосуд, состоящий из тонкостенного металлического лейнера с внешней силовой композиционной оболочкой, способный выдерживать высокое давление жидкости или газа. Лейнер обеспечивает барьер между жидкостью (газом) и композиционной оболочкой, предотвращая течь и химическую деградацию конструкции.

При изготовлении КБВД (см. рисунок) на данный момент наиболее остро стоит вопрос выбора критерия отбраковки композитных сосудов с применением методов неразрушающего контроля (НК).

Бак хранения ксенона, изготовленный на ОАО «ИСС» имени академика М.Ф. Решетнева»

Был проведен ряд испытаний с использованием следующих методов НК: ультразвуковой контроль (толщинометрия силовой композитной оболочки), теп-