Моделирование крупногабаритного трансформируемого рефлектора с гибкими спицами Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневскуе чтения. 2014

УДК 539.3:621.396.67

МОДЕЛИРОВАНИЕ КРУПНОГАБАРИТНОГО ТРАНСФОРМИРУЕМОГО РЕФЛЕКТОРА

С ГИБКИМИ СПИЦАМИ

А. В. Герасимов, А. П. Жуков, С. В. Пономарев, В. С. Пономарев1, В. И. Халиманович2

Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики Томского государственного университета Российская Федерация, 634050, г. Томск, пл. Ленина, 36. E-mail: [email protected]

2ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: [email protected]

Представлено численное исследование конструкции рефлектора с закруткой ребер. Приведены результаты анализа напряженно-деформированного состояния рефлектора в раскрытом виде, определены границы устойчивого раскрытия ребер с учетом натяжения отражающей поверхности, описаны результаты анализа теплового режима конструкции рефлектора на геостационарной орбите Земли, а также предложено конструктивно новое решение для увеличения точности рефлектора.

Ключевые слова: конечно-элементное моделирование, напряженно-деформированное состояние, рефлектор с гибкими спицами, тепловой анализ в условиях космоса.

SIMULATION OF LARGE DEPLOYABLE WRAP-RIB REFLECTOR

A. V. Gerasimov, A. P. Zhukov, V. S. Ponomarev, S. V. Ponomarev1, V. I. Halimanovich2

1 Scientific-Research Institute of Applied Mathematics and Mechanics Tomsk State University 36, Lenina sq., Tomsk, 634050, Russian Federation. E-mail: [email protected] 2 JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]

Numerical research of wrap-rib reflector is presented. Stress-strain state simulation results of deployed reflector are described, the limits of ribs steady deploying under tension of reflecting mesh surface are identified, results of the thermal control simulation for geosynchronous orbit are described and the new solution for improving accuracy of wrap-rib reflector surface is provided.

Keywords: finite-element simulation, stress-strain state, wrap-rib reflector, thermal control in space environment.

Целью данной работы является анализ крупногабаритного антенного рефлектора с закручиваемыми спицами (ребрами). Класс развертываемых рефлекторов космического назначения появился в силу необходимости вывода и эксплуатации на околоземных орбитах Земли антенных отражателей больших размеров.

Рефлектор с гибкими ребрами относится к рефлекторам зонтичного типа, основной идеей которых является наличие радиально направленных спиц, растягивающих между собой в ходе раскрытия сложенные секторы отражающей поверхности. Главным отличием концепции наматывающихся рефлекторов является конструкция спиц, выполняющих роль силового каркаса и обеспечивающих параболическую форму отражающей поверхности. Материал и форма спиц должны обеспечивать упругий изгиб в поперечном направлении, позволяя свернуть их вокруг центральной ступицы в процессе упаковки без пластических деформаций. Раскрытие рефлектора происходит под действием упругой энергии закрученных спиц (см. рисунок).

На первом этапе работы определены границы устойчивого раскрытия рефлектора с гибкими ребрами размером до 100 м.

Далее проведен численный анализ рефлектора в раскрытом состоянии, определены среднеквадрати-ческие отклонения отражающей поверхности для рефлекторов с апертурой до 100 м. После определения напряженно-деформированного состояния рефлектора был проведен алгоритм поиска наименьшего отклонения узлов поверхности путем изменения проектной кривизны спиц.

Схема раскрытия рефлектора под действием упругой энергии ребер

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

На следующем этапе расчетов модель рефлектора дополнена вантовой формообразующей структурой, что позволило понизить среднеквадратическое отклонение, например, для 50-метрового рефлектора на 47 %.

Антенные рефлекторы относятся к категории внешних приборов космического аппарата, поэтому каждая конструкция должна быть проанализирована с точки зрения тепловых режимов, реализующихся в процессе эксплуатации. Так, в данной работе проведен тепловой анализ рефлектора с гибкими спицами для геостационарной орбиты Земли для двух крайних расчетных случаев, различающихся углом наклона орбиты относительно солнца и интенсивностью его излучения. Учитывая наибольшую интенсивность солнечного излучения, в качестве «горячего» была выбрана точка зимнего солнцестояния. В качестве «холодного» расчетного случая была выбрана точка весеннего рав-

ноденствия из-за попадания конструкции в тень от Земли на сегменте орбиты продолжительностью 72 минуты. Все расчеты проведены для отрезка времени в 24 часа с шагом по витку орбиты в 10 минут.

В результате численного анализа теплового режима рефлектора были получены градиенты температур на жестких элементах силового каркаса рефлектора в диапазоне от -170 °С до +109 °С, что находится внутри классификационного диапазона температур для углепластиков.

Также в рамках данной работы проведен анализ температурных деформаций рефлектора с закруткой спиц, рассчитано почасовое изменение величин, описывающих точность отражающей поверхности рефлектора.

© Герасимов А. В., Жуков А. П., Пономарев С. В., Пономарев В. С., Халиманович В. И., 2014

УДК 678.686 + 678.643

ТЕПЛОПРОВОДЯЩИЕ КЛЕЯЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ НА КА

С. Н. Гладких, Н. Н. Векшин, А. И. Вялов, И. В. Ткаченко ОАО «Композит»

Российская Федерация, 141070, Московская область, г. Королёв, ул. Пионерская, 4

E-mail: [email protected]

Для обеспечения необходимого теплового режима работы бортовой аппаратуры с применением элементов терморегулирования (электрообогревателей, тепловых труб) для крепления последних разработаны малога-зящие конструкционные клеи, эластичные герметики с высокими адгезионными и электроизоляционными характеристиками.

Ключевые слова: конструкционные клеи, герметики, наполнитель, жизнеспособность, прочность при сдвиге, прочности при отрыве, газовыделение.

THERMALLY CONDUCTIVE ADHESIVES FOR THERMAL CONTROL SYSTEN IN SPECECRAFT

S. N. Gladkikh, N. N. Vekshin, A. I. Vyalov, I. V. Tkachenko

Open Joint Stock Company «Kompozit» 4, Pionerskaya str., Korolev, Moscow Region, 141070, Russian Federation. E-mail: [email protected]

Low-gas emitting structural adhesives, flexible hermetic with high adhesive and dielectric characteristic have been developed for fixing electric heaters, heat pipes on board equipment to support the necessary thermal conditions.

Keywords: structural adhesives, hermetic, filler, work life, shear strength, tearing strength, outgassing.

Для соединения тепловых труб с приборными панелями для теплоотвода от нагревающихся элементов приборов в изделиях ГКНПЦ им. Хруничева применяется клей ЦМК-ТП(1) с показателями газовыделения ПМ = 2,08 %, ЛКВ = 0,1 %, ПМР = 1,0 %, свойства которого представлены в табл. 1.

Клей ЦМК-ТП(1) - технологичный тиксотропный пастообразный, хорошо наносится на поверхности углепластика, металла, отверждается при температуре (15.. .35) °С за 48 ч. При содержании наполнителя 7,07,5 масс. ч. теплопроводность клея 2,2...2,7 Вт/мград, а при содержании наполнителя 8,0-9,0 масс. ч. коэф-

фициент теплопроводности - 3,0.3,2 Вт/мград, но клей становится нетехнологичным. На клей ЦМК-ТП(1) разработаны технические условия ТУ 2252-41156897835-2007, клей введен в отраслевые стандарты (ОСТ 92-0948-74, 92-0949-74).

Для герметичного соединения (с обеспечением те-плоотвода) тонкопленочных обогревателей (на основе полиимидной пленки Карйп, стеклоленты и нагревательных элементов) с приборными панелями для поддержания температуры работоспособности бортовой аппаратуры разработаны теплопроводные герметики ГЗПМ-Н, Т111М с характеристиками (табл. 2):