Моделирование новой конструкции трансформируемого лепесткового зеркала Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.7.01

МОДЕЛИРОВАНИЕ НОВОЙ КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМИРУЕМОГО ЛЕПЕСТКОВОГО ЗЕРКАЛА*

В. И. Буякас1, А. А. Каменский2, А. С. Рыбаков1

1Физический институт имени П. Н. Лебедева Российской академии наук Российская Федерация, 119991, Москва, Ленинский просп., 53. E-mail: bujakas@yandex.ru

2ООО «АРТКОР»

Российская Федерация, 123557, Москва, Пресненский вал, 27. E-mail: kam@artcor.ru

Исследуется короткофокусное твердотельное трансформируемое зеркало лепесткового типа. Предлагается новая кинематическая схема раскрытия и фиксации конечного состояния большого рефлектора. Приводятся предварительные результаты физического моделирования рефлектора новой конструкции.

Ключевые слова: лепестковое зеркало, трансформируемые конструкции, высокоточное раскрытие.

PHYSICAL SIMULATION OF A NEW PETAL-TYPE TRANSFORMABLE MIRROR V. I. Bujakas1, A. A. Kamensky2, A. S. Rybakov1

:P. N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Science 53, Leninsky Av., Moscow, 119991, Russian Federation. E-mail: bujakas@yandex.ru

2«ArtCore»

27, Presnensky val, Moscow, 123557, Russian Federation. E-mail: kam@artcor.ru

We study solid petal-type transformable reflector with short focal length in the paper. The authors propose a new kinematic scheme for reflector deployment and final state fixation. Preliminary results of physical simulation of a new design are presented.

Keywords: petal-type mirror, transformable structures, high precision deployment.

Трансформируемое лепестковое космическое зеркало было предложено корпорацией Dornier в рамках работ над проектом First и использовано в модифицированном виде для создания 10-метровой антенны телескопа «Радиоастрон». Естественное стремление применить твердотельную лепестковую конструкцию при разработке больших коротковолновых зеркал наталкивается на две существенные трудности:

- жесткость лепестковой конструкции Dornier невысока, введение поддерживающих структур усложняет конструкцию и влияет на точность раскрытого зеркала,

- эффективная площадь, разрезанной на части, большой лепестковой антенны в коротковолновом диапазоне будет не очень высокой.

Поэтому возникает желание соединить соседние лепестки раскрытого зеркала между собой, по крайней мере, по внешнему контуру, системой связей. Такая попытка, к сожалению, неудачная, была предпринята на начальном этапе работ по проекту «Радиоас-трон». Причин неудачи три:

- замыкание осуществлялось на раскрытом зеркале, требовало значительных усилий и приводило к деформациям конструкции;

- совместить с высокой точностью элементы замка, которые размещались на внешней кромке лепест-

ков, с помощью исполнительных механизмов, расположенных у основания лепестка (плечо более 3 метров), очень трудно,

- использовались магнитные замки, точность фиксации которых по углу было трудно прогнозировать.

Цель проводимого исследования - увеличить точность и жесткость раскрытого лепесткового рефлектора.

Рассматривается твердотельное трансформируемое лепестковое зеркало с апертурой в 12 метров и фокусным расстоянием 2,4 метра. Предлагается новая кинематическая схема раскрытия [1] и фиксации конечного состояния большого рефлектора. Приводятся предварительные результаты макетных работ.

Масштаб макета 1:10, он включает в себя: центральное зеркало (рис. 1), набор лепестков (рис. 2), набор двухстепенных шарниров, связывающих лепестки с центральным зеркалом (рис. 3), систему связей между лепестками (рис. 4).

Раскрытие зеркала осуществляется малогабаритными двигателями линейного перемещения, которые расположены на внешних кромках лепестков (рис. 5). Лепестки и центральное зеркало макета изготовлены на ЧПУ из композитного материала компанией «АртКор» (www.artcor.ru).

*Работа выполнена при поддержке фонда РФФИ, проект № 13-08-01190а.

Решетнеескцие чтения. 2015

Рис. 1. Центральное зеркало макета: а - вид спереди; б - вид сзади

а б

Рис. 2. Лепесток макета (а); изготовление лепестков макета на ЧПУ (б)

Рис. 3. Двухстепенный шарнир, связывающий лепесток и центральное зеркало

Основные особенности развиваемого подхода.

1. Исследуется возможность создания большого короткофокусного параболического зеркала без поддерживающей структуры.

2. Ставится задача в максимальной степени использовать высокую геометрическую жесткость крутой параболической оболочки. Для этого в раскрытом зеркале соседние лепестки должны быть объединены между собой системой связей. Эти связи важны не только с точки зрения жесткости разверну-

Рис. 4. Связи между лепестками

той конструкции, но и с точки зрения получения максимальной эффективной площади раскрытого рефлектора.

3. В предлагаемом техническом решении лепестки являются несущими элементами и связаны между собой по внешнему контуру рефлектора на протяжении всего раскрытия.

4. Раскрытие зеркала осуществляется малогабаритными линейными двигателями, которые перемещаются по внешним кромкам лепестков. В момент

фиксации конечного состояния исполнительные механизмы находятся в окрестности замков.

Рис. 5. Узел раскрытия: 1 - линейный привод

5. Связи между элементами конструкции выполнены так, что конструкция остается ненапряженной (статически определимой) на протяжении всего раскрытия. При этом не требуется высокоточного согласования работы исполнительных механизмов.

6. Итоговая точность развернутого зеркала будет обеспечиваться механической самоустанавливающейся системой связей между лепестками, элементы которой были разработаны и испытаны при работе по проекту «Радиоастрон» [2].

Библиографические ссылки

1. Буякас В. И. Раскрывающаяся антенна. Патент РФ № 126199, 2013.

2. Буякас В. И., Гвамичава А. С., Рыбакова А. Г. Рефлектор развертываемой антенны : авт. свидетельство № 1795530, 1992.

References

1. Bujakas V. I. Deployable antenna, Patent of Russian Federation №126199, 2013.

2. Bujakas V. I., Gvamichava A. S., Rybakova A. G. Reflector for deployable antenna. Patent of Russian Federation № 1795530, 1992.

© Буякас В. И., Каменский А. А., Рыбаков А. С., 2015

УДК 62-83:62-86

ПРИВОД РАЗВЁРТЫВАНИЯ ТРАНСФОРМИРУЕМОГО СЕТЧАТОГО РЕФЛЕКТОРА С ЖЁСТКОЙ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТЬЮ

А. И. Величко, Ю. А. Кисанов, В. И. Церихов, И. В. Матросова

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

E-mail: yakis47@rambler.ru

Рассмотрены варианты пружинного привода развёртывания и кольцевого электромеханического привода управления развёртыванием спиц периферийной части трансформируемого рефлектора. Приведены примеры конструктивной реализации привода для рефлектора диаметром 5 м.

Ключевые слова: сетчатый рефлектор, жёсткая центральная часть, пружинный привод развёртывания, кольцевой привод управления развёртыванием.

DRIVE OF MESH TRANSFORMABLE REFLECTOR DEPLOYMENT WITH SOLID CENTRAL PART

A. I. Velichko, Yu. A. Kisanov, V. I. Tserikhov, I. V. Matrosova

JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: yakis47@rambler.ru

We consider the versions of the springs deployment drive and circular drive ofperipheral part deployment reflector ribs control. We provide the examples of drive constructive fulfillment for 5 meter diameter reflector.

Keywords: mesh reflector, solid central part, springs deployment drive, circular drive of deployment control.

Трансформируемый рефлектор с жёсткой центральной частью состоит из жёсткой середины (центральная часть рефлектора в виде жёсткой оболочки в однозеркальной антенне или блок облучателей в двухзеркальной антенне) и сетчатого трансфор-

мируемого периферийного пояса. Трансформируемый периферийный пояс рефлектора представляет собой спицевую конструкцию, крепящуюся к кольцевой ступице, расположенной вне центральной части (рис. 1).