CC BY
12Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
УДК 539.3
КОНСТРУКЦИЯ КРУПНОГАБАРИТНОГО ЗОНТИЧНОГО РЕФЛЕКТОРА
С ШЕСТЬЮ СПИЦАМИ
А. П. Жуков1, О. К. Валишевский2, Д. О. Шендалев1, А. С. Евдокимов1, С. В. Пономарев1, В. С. Пономарев1, А. И. Величко2, В. И. Халиманович2
Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики Томского государственного университета Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 36 2АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
Е-шаП: zh@niipmm.tsu.ru
Рассматривается конструкция перспективного крупногабаритного зонтичного сетчатого рефлектора с шестью спицами. Анализ конструкции производился методом конечных элементов с учетом геометрической нелинейности. Результаты расчетов показали принципиальную работоспособность предложенной конструкции.
Ключевые слова: сетчатый рефлектор, метод конечных элементов.
STRUCTURE OF THE LARGE-SIZED UMBRELLA-TYPE REFLECTOR WITH SIX SPOKES
A. P. Zhukov1, O. K. Valishevsky2, D. O. Shendalev1, A. S. Evdokimov1, S. V. Ponomarev1, V. S. Ponomarev1, A. I. Velichko2, V. I. Halimanovich2
1Research institute of Applied Mathematics and Mechanics Tomsk State University 36, Lenina Av., Tomsk, 634050, Russian Federation 2JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation Е-mail: zh@niipmm.tsu.ru
This work presents the prospective large-sized umbrella-type mesh reflector structure with six spokes. The analysis of structure is based on the finite-element method including geometrical nonlinearity. The results of calculations show the principal capacity for work of the proposed structure.
Keywords: mesh reflector, finite element method.
В настоящей работе анализируется конструкция крупногабаритного зонтичного сетчатого офсетного рефлектора с силовым каркасом из шести спиц (см. рисунок).
Характерные геометрические параметры отражающей поверхности (ОП) составили следующие величины: диаметр вырезающего цилиндра - 12 м; фокусное расстояние -7,4 м; клиренс - 3 м.
Анализ производился геометрически нелинейным методом конечных элементов, где для каждой составной части рефлектора определялся соответствующий тип конечных элементов.
Можно выделить несколько основных этапов в разработке конструкции рефлектора, а именно:
Описание модели, включающее: конструктивную схему рефлектора; характерные геометрические параметры и математическое описание формы ОП офсетного отражателя [1; 2]; схемы звеньев сетчатых спиц, штанги (с расчетом жесткости [3; 4]) и основания силового каркаса; расположение шнуров фронтальной (тыльной) сетей, а также шнуров силового каркаса; определение среднеквадратического откло-
нения улов ОП от теоретического профиля [2]; массы элементов рефлектора.
Проектный расчет прочности конструкции отражателя в рабочем положении в условиях космического пространства, где рассмотрено: состояние конструкции отражателя, в котором определяются действующие внутренние усилия; распределение отклонений отражающей поверхности отражателя от идеального параболоида; натяжения шнуров фронтальной и тыльной сетей, а также шнуров силового каркаса; действующие нагрузки в звеньях спиц силового каркаса; расчет устойчивости конструкции отражателя.
Проектный расчет точности рефлектора с учетом влияния эксплуатационных факторов: оценка влияния на точность внутренних усилий конструкции рефлектора; оценка влияния на точность солнечного светового давления.
Проектный расчет собственных форм и частот рефлектора на этапе раскрытия, в котором получены собственные формы и частоты рефлектора в нераскрытом и раскрытом положениях.
Решетневскуе чтения. 2018
Схема конструкции зонтичного рефлектора с шестью спицами: 1 - отражающая поверхность; 2 - фронтальная сеть; 3 - тыльная сеть; 4 - силовой каркас
Проектный расчет собственных форм и частот рефлектора в рабочем положении. Проектный расчет температурных полей и влияние температурных деформаций на точность формы ОП. Расчет проведен для геостационарной и высокоэллиптической орбит Земли под действием солнечного и инфракрасного излучения.
Для вышеперечисленных этапов, были произведены соответствующие расчеты, показывающие принципиальную работоспособность предложенной конструкции.
Библиографические ссылки
1. Tibert G. Deployable tensegrity structures for space applications. Doctoral thesis. Royal Institute of Technology, Department of Mechanics, Stockholm, Sweden. 2002. 220 p
2. Ящук А. А. Моделирование, алгоритмы и комплекс программ прогнозирования термомеханического поведения крупногабаритного зонтичного рефлектора : дис. ... канд. физ.-мат. наук. Томск : ТГУ. 2005. 125 с.
3. Работнов Ю. Н. Механика деформируемого твердого тела. М. : Наука, 1979. 744 с.
4. Прочность, устойчивость, колебания : справочник : в 3 т. / под ред. И. А. Биргера, Я. Г. Пановко. М. : Машиностроение, 1968. Т. 1. 831 с.
References
1. Tibert G. Deployable tensegrity structures for space applications. Doctoral thesis. Royal Institute of Technology, Department of Mechanics, Stockholm, Sweden. 2002. 220 p
2. Yashchuk A. A. Modelirovanie, algoritmy i kom-pleks programm prognozirovaniya termomekhani-cheskogo povedeniya krupnogabaritnogo zontichnogo reflektora: dis. kand. fiz.-mat. nauk. Tomsk, TGU. 2005. 125 р. (in Russ.).
3. Rabotnov Yu. N. Mekhanika deformiruemogo tverdogo tela. M. : Nauka, 1979. 744 р. (in Russ.).
4. Prochnost, ustojchivost, kolebaniya. Spravochnik v 3 t. / Pod red. I. A. Birgera, Ya. G. Panovko. M. : Mashi-nostroenie, 1968. T. 1. 831р. (in Russ.).
© Жуков А. П., Валишевский О. К., Шендалев Д. О., Евдокимов А. С., Пономарев С. В., Пономарев В. С., Величко А. И., Халиманович В. И., 2018
