Методологические аспекты проектирования рабочего места для проведения термобалансных и электротермовакуумных испытаний КА негерметичной компоновки на базе платформы «Экспресс-2000»

Вшивков А.Ю.; Головенкин Е.Н.; Колесников А.П.; Ганенко С.А.

совки кабельных наконечников методом радиального прессования : Патент России № 2366049. 2009. Бюл. № 24.

4. Детальная спецификация ESCC № 3401 005. Контакты, электрические, обжимные для соединителей 3401/002. 5-е изд. 2009. Июнь. 18 с.

5. Сафонов А., Сафонов Л. Радиочастотные электрические соединители. Вопросы теории и состояния развития производства // Технологии в электронной промышленности. 2010. № 5.

References

1. ECSS-Q-ST-70-26C. Garantirovanie kosmicheskoj produkcii. Obzhimka vysokonadezhnyh jelektricheskih soedinenij. Evropejskaja Kooperacija po Kosmicheskoj standartizaii. 2008. 41 s.

2. Vasilyev I. S., Kim V. S., Efremov S. V. Nadezhnost' jelektricheskih soedineniy v bortovoy kabel'noy seti perspektivnih kosmicheskih apparatov // Naukovedenie. 2013. № 3.

3. Patent RF № 2008127119/09, 03.07.2008. Leont'ev I. V., Gusev L. G., Kuz'min V. V. Sposob opressovki kabel'nyh nakonechnikov metodom radial'nogo pressova-nija // Patent Rossii № 2366049. 2009. Bjul. № 24.

4. Detal'naja specifikacija ESCC № 3401 005. Kon-takty, jelektricheskie, obzhimnye dlja soedinitelej 3401/002. 5-e izd. 2009. Ijun'. 18 s.

5. Safonov A., Safonov L. Radiochastotnye jelektricheskie soediniteli. Voprosy teorii i sostojanija razvitija proizvodstva // Tehnologii v jelektronnoj promyshle-nnosti. 2010. № 5.

УДК 629.78.048.7

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕРМОБАЛАНСНЫХ И ЭЛЕКТРОТЕРМОВАКУУМНЫХ ИСПЫТАНИЙ КА НЕГЕРМЕТИЧНОЙ КОМПОНОВКИ НА БАЗЕ ПЛАТФОРМЫ «ЭКСПРЕСС-2000»

А. Ю. Вшивков, Е. Н. Головенкин, А. П. Колесников, С. А. Ганенко

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

Описаны особенности проектирования, организации и сборки рабочего места термовакуумных испытаний с учетом тактико-технических особенностей платформы «Экспресс-2000».

Ключевые слова: проектирование рабочего места, термовакуумные испытания.

METHODOLOGICAL ASPECTS OF WORKPLACE DESIGN FOR THERMAL BALANCE AND ELECTRIC THERMAL VACUUM TESTS OF NONHERMETIC SPACECRAFT BASED

ON "EXPRESS-2000" PLATFORM

A. Iu. Vshivkov, E. N. Golovenkin, A. P. Kolesnikov, S. A. Ganenko

JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia

The features of workplace designing, organization and assembly for TVAC with consideration of tactical and technical features of "Express-2000"platform are described.

Keywords: design of the workplace, thermal vacuum tests.

Процесс проведения термобалансных и электро-термовакуумных испытаний является одним из ключевых при наземной экспериментальной отработке космического аппарата. Ведь именно при термовакуумной отработке можно дать окончательное заключение о готовности большинства систем КА к функционированию по целевому назначению после имитации воздействия в наземных условиях факторов космического пространства. В процессе проектирования рабочего места наземного испытательного комплекса очень важно понимать объем и продолжительность экспериментальных исследований с объектом испытаний, так как исходя из этих факторов определяется объем технологического оборудо-

вания, требуемого для осуществления данной процедуры.

Космические аппараты, спроектированные на платформе «Экспресс-2000», такие как «Экспресс-АМ5», «Экспресс-АМ6», «Ямал-401», относятся к классу тяжелых, энергоемких, с длительным сроком активного существования - более 15 лет. Количество активных каналов (транспондеров) может быть более сотни, а бюджет энергетических характеристик превышать 14 КВт. В процессе проведения термовакуумной проверки таких КА для сдачи заказчику должны быть отработаны следующие этапы: термобалансные испытания (участок выведения, режимы начальной ориентации, режим аппаратной солнечной ориента-

Контроль и испытания ракетно-космической техники

ции, холодный старт и орбитальное функционирование, холодный и горячий случаи); обезгаживание полезной нагрузки и электротермовакуумные испытания (циклирование бортовой аппаратуры в условиях, соответствующих максимально и минимально возможным квалификационному уровню). Таким образом, суммарная продолжительность всех процедур может занимать более одного месяца.

При проектировании рабочего места должно быть также учтено, что проверка КА в условиях, создаваемых в термобарокамере [1], должна предусматривать наличие различного вспомогательного, резервного и сопутствующего (отвечающего за отсутствие тех или иных частей КА) оборудования. Основной проблемой при этом является грамотная компоновка и интеграция технологических систем с системами термобарокамеры и КА. К примеру, для снятия информации с высокочастотных трактов, а также для управления и подачи питания на ретранслятор используется сеть коаксиальных высокочастотных и низкочастотных кабелей, подключенных через переходники и тестовые ответвители от спутника до комплексной проверочной аппаратуры. Для того чтобы влияние кабельной сети на КА было минимальным и показания ВЧ-характеристик были достоверны, требуется достаточно точно спроектировать их длину и расположение в камере, а также обеспечить их тепловой режим средствами активных и пассивных элементов обеспечения (ЭВТИ, секции ЭО основные и резервные). Также при прокладке кабельной сети (любой) следует учитывать взаимное расположение систем имитации тепловых потоков и криогенных экранов, в противном случае непосредственно при испытаниях существует большой риск оплавления или замораживания оплетки-изоляции кабелей с последующим замыканием и, как следствие, остановкой испытаний. При проведении процедур термоциклирова-ния, обезгаживания и ряда режимов орбитального функционирования требуется включать космический аппарат как в режимы, соответствующие максимальной загрузке ретранслятора, так и поканально в целях верификации ВЧ-сигнала. В конфигурации КА для ТВИ не предусмотрено наличие облучающих систем, антенн и т. д., поэтому для съема мощности с изделия применяются поглощающие нагрузки с водяной системой охлаждения, которые стыкуются к штатным вол-новодным трактам через технологические волноводы. Если для компактных, сравнительно невысокой мощности спутников на базе платформы «Экспресс-1000» количество волноводов и поглощающих нагрузок не превышает четырех и их, с учетом водяного контура, можно расположить в верхней части изделия, то для КА на базе платформы «Экспресс-2000» их количество вырастает в разы (для КА «Экспресс-АМ5» и «Экс-пресс-АМ6» по 23 нагрузки и волновода). Таким образом, спроектировать схему с расположением нагрузок суммарной массой более 100 кг и системой охлаждения непосредственно на аппарате не представляется конструктивно возможным. Для выполнения поставленной задачи используются системы волноводных переходных трактов, тянущихся от астроплаты КА с тех сторон аппарата, где их влияние на него минимально, до специально сконструированных переходных плат с на-

грузками, которые крепятся к основанию вакуумной камеры. Дополнительно на основании термобарокамеры в специальные желоба устанавливаются гибкие бронированные шланги системы водяного охлаждения с системой резервного обогрева и температурными сенсорами. Жидкостный тракт через внутрикамерные интерфейсы стыкуется к теплообменнику производительностью до 14 КВт. Для предотвращения переохлаждения при возможном возникновении нештатных ситуаций на технологические волноводные тракты и поглощающие нагрузки также устанавливаются системы электрообогревателей (основные и резервные) и температурные датчики, а на панель с поглощающими нагрузками надевается теплоизоляция.

Любая испытательная оснастка, использующаяся внутри термобарокамеры и играющая роль элементов раскрепления, поддержки или обезвешивания, должна минимально влиять на окружающее пространство и КА в целом, все элементы должны быть обезгажены и не иметь замкнутых полостей во избежание скачков давления. При проведении операции «обезгаживание ретранслятора» внутри приборного отсека спутника должны быть дополнительно установлены сенсоры измерения давления, причем места установки должны быть спроектированы так, чтобы не оказывалось воздействия ни на функционирование полезной аппаратуры, ни на ее тепловой режим. Для платформы «Экспресс-2000», ввиду высокой плотности компоновки ретрансляционного оборудования, были разработаны специальные кронштейны, позволяющие надежно, под нужным углом зафиксировать технологические сенсоры измерения давления на безопасной дистанции от оборудования.

Для измерения всех дополнительных параметров и комплексного управления технологическими системами электрообогрева используется специализированное программное обеспечение ПО СУИТП, функционирующее автономно от штатного и допускающее применение его в качестве резервного [2] для сохранности КА при каком-либо отклонении от нормального функционирования.

Таким образом, в процессе подготовки летного прототипа КА, сконструированного на базе платформы «Экспресс-2000», к термовакуумным испытаниям предусматривается ряд аспектов, без которых невозможно качественно провести экспериментальную наземную тепловую отработку.

Библиографические ссылки

1. Вшивков А. Ю., Легостай И. В. и др. Методология имитации внешних воздействий при проведении комплекса термовакуумных испытаний на примере непилотируемого навигационного космического летательного аппарата // Новые материалы и технологии в ракетно-космической технике : материалы I Всерос. молодеж. конф. г. Москва. М., 2011.

2. Вшивков А. Ю., Головенкин Е. Н. Современное программное обеспечение для автоматизации тепловых процессов при проведении термовакуумной отработки перспективных КА // Решетневские чтения : материалы XV Междунар. науч. конф., Красноярск, 2012.

References

1. Vshivkov A. Ju., Legostaj I. V. i dr. Metodologija imitacii vneshnih vozdejstvij pri provedenii kompleksa termovakuumnyh ispytanij na primere nepilotiruemogo navigacionnogo kosmicheskogo letatel'nogo apparata // Novye materialy i tehnologii v raketno-kosmicheskoj tehnike : materialy I Vserossijskoj molodjozhnoj konfer-encii. g. Moskva, 2011.

2. Vshivkov A. Ju., Golovenkin E. N. Sovremennoe programmnoe obespechenie dlja avtomatizacii teplovyh processov pri provedenii termovakuumnoj otrabotki perspektivnyh KA // Reshetnevskie chtenija : мaterialy XV Mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii. g. Krasnojarsk, 2012.

Ганенко С. А., 2013

УДК 621.983.777

МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕЛАКСАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ ТАРЕЛЬЧАТЫХ ПРУЖИН ПО УРОВНЮ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

Г. А. Данилин\ Е. Ю. Ремшев1 , Д. В. Метляков2, Л. Г. Черный2, А. В. Титов1

1 Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д. Ф. Устинова Россия, 190005, г. Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, 1

2ОАО «Научно-производственное предприятие «Пружинный центр» Россия, 197342, г. Санкт-Петербург, Красногвардейский переулок, д. 23, литера Н

На основании результатов экспериментального исследования установлены закономерности изменения уровня сигналов акустической эмиссии в зависимости от наличия и развития дефектов, релаксационной стойкости и микроструктуры тарельчатых пружин на этапе их изготовления и предэксплуатационных испытаний, установлены критерии оценки микроструктуры титанового сплава ВТ23 на основе уровня сигналов акустической эмиссии. Построены двухфакторные математические модели прогнозирования для количественной оценки релаксационной стойкости тарельчатых пружин (из стали 60С2А и титанового сплава ВТ23) в зависимости от уровня сигналов акустической эмиссии.

Ключевые слова: прогнозирование, акустическая эмиссия, упругий элемент, релаксация, моделирование.

FORECASTING MODEL OF RELAXATION RESISTANCE OF BELLEVILLE SPRINGS ON THE LEVEL OF THE ACOUSTIC EMISSION SIGNALS

G. А. Danilin1, Е. Y. Remshev1, D. V. Metlyakov2, L. G. Cherniy2, А. V. Titov1

Baltic State Technical University «Voenmekh» named after D. F. Ustinov 1, 1-St Krasnoarmeyskaya str., Saint-Petersburg, 190005, Russia 2Scientific-Production Enterprise «Spring center» 23, letter N, Krasnogvardeysky pereulok, Saint-Petersburg, 197342, Russia

Based on the results of the experimental study of the regularities of changes in the level of acoustic emission signals depending on the availability and development of defects, relaxation resistance and microstructure of disk springs during their manufacture and preoperational tests, assessment criteria for the titanium alloy vt23 microstructure are developed on the basis of the level of acoustic emission signals. Two-factor mathematical models to predict the quantitative assessment of relaxation resistance disc springs (steel 60С2А and titanium alloy vt23 high) depending on the level of the acoustic emission signals are built.

Keywords: forecasting, acoustic emission, elastic element, relaxation, modeling.

Одним из основных показателей надежности и эффективности упругих элементов является релаксационная стойкость. Для тарельчатых пружин (ТП) это неизменность нагрузки сжатия в установленных пределах в течение заданного времени эксплуатации. Существующая методика оценки релаксационной стойкости ТП заключается в построении релаксационной кривой по результатам измерений силы поджа-тия при предварительной деформации пружины (для ТП 0,2 53, ГОСТ 3057) до и после циклических нагрузок. Количество циклов в интервале требуемых нагру-

зок назначается в соответствии с технической документацией на изделие. По результатам испытаний и изменению силы выборочной партии пружин делается вывод о релаксационных свойствах всей партии. Недостатками такой методики являются: 1) оценка релаксационной стойкости выборочной партии пружин и невозможность использования контрольной партии пружин для дальнейшей эксплуатации; 2) отсутствие возможности прогнозирования релаксационных свойств каждой пружины на длительный срок эксплуатации; 3) значительная трудоемкость и

METHODOLOGICAL ASPECTS OF WORKPLACE DESIGN FOR THERMAL BALANCE AND ELECTRIC THERMAL VACUUM TESTS OF NONHERMETIC SPACECRAFT BASED ON “EXPRESS-2000” PLATFORM