CC BY
0
УДК 629.78
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСКРЫТИЯ КРУПНОГАБАРИТНОГО
ТРАНСОФРМИРУЕМОГО ОБОДА КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
*
П. А. Воложанин, А. С. Калашников, А. Д. Кучеренко Научный руководитель - З. А. Казанцев
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, пр. имени газеты «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: dartantonton@yandex.ru
В работе рассмотрен принцип моделирования обода космического назначения. Представлены различные геометрические конфигурации обода. Обод, в зависимости от задач космического аппарата, может быть использован, например, в качестве несущей конструкции рефлектора, гибкой солнечной батареи или солнечного паруса.
Ключевые слова: моделирование, обод, космический аппарат, развертываемая конструкция, несущая конструкция
THE SIMULATION OF THE DEPLOYING OF A LARGE-SIZED TRANSFORMABLE SPACE RIM
P. A. Volozhanin, A. S. Kalashnikov, A. D. Kucherenko* Scientific supervisor - Z. A. Kazantsev
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: dartantonton@yandex.ru
The paper considers the principle of a space rim modeling. Various geometric configurations of the rim are presented, which, depending on the tasks of the spacecraft, can be used, for example, as the supporting structure of a reflector, a flexible solar battery or a solar sail.
Keywords: simulation, rim, spacecraft, deployable structure, supporting structure.
На сегодняшний день для выполнения целевых функций космического аппарата (КА) необходимы системы (например, антенны, солнечные батареи), геометрические размеры которых в рабочем положении значительно превышают имеющиеся под обтекателем пространство. При этом на КА применяется большое количество раскрываемых механических систем [1].
Овладение навыками моделирования и анализа таких систем является крайне важной задачей для грамотного проектирования КА в целом.
Существует большое количество вариантов исполнения развертываемой несущей конструкции. Например, разработанный в 1990 году компанией Astro Aerospace обод рефлектора диаметром 12.25 м, который применялся на космическом аппарате, запущенном в 2000 году и созданным для регионального оператора спутниковой телефонной связи Thuraya [2]. Сам обод и этапы его раскрытия, а также различные конфигурации представлены на рис.1. Как можно заметить, в конструкции данного обода применяется большое количество звеньев и шарниров, что значительно усложняет конструкцию, а также контроль над раскрытием и кинематическими параметрами движения.
Секция «Механика конструкций ракетно-космической техники»
(d) (е) (f)
Рис. 1. Обод рефлектора компании Astro Aerospace a-d - последовательность раскрытия; e-f - различные конфигурации рефлектора
С целью упрощения конструкции был смоделирован обод, представленный на рис 2. К его достоинствам можно отнести простоту кинематики раскрытия. Недостатками же являются наличие переходного звена между стержнями обода, что увеличивает количество шарниров, что в свою очередь ведет к увеличению массы и снижению надёжности рефлектора.
Рис. 2. Обод круглой формы в начальном положении в момент раскрытия и в рабочем положении
Также, как можно видеть на рис 2, звенья обода, как в транспортировочном, так и в рабочем положениях, можно вписать в окружность. Поверхность рефлекторов представляет собой вырез из параболоида вращения. Сечение параболоида вращения является эллипсом, следовательно, использование в качестве несущей конструкции рефлектора круглого обода представляется нецелесообразным. Более того, в работе [3] представлено описание проектирования и моделирования обода, звенья которого соединены между собой одним шарниром, что можно видеть на рис 3.
С учетом всего выше изложенного был смоделирован обод эллиптической формы, звенья которого соединены между собой одним шарниром. Модель обода представлена на рис 4.
К достоинствам данной модели можно отонести минимально возможное количество шарниров, используемых для раскрытия обода, а также эллиптическую форму, необходимую для использования в качестве несущей конструкции рефлектора.
Моделирование процесса раскрытия проводилось в программном комплексе ЕиЬЕЯ отечественной разработки, предназначенном для математического моделирования динамики многокомпонентных механических систем (ММС) в трехмерном пространстве.
Рис. 3. Обод с одним шарниром между звеньями
Рис. 4. Обод эллиптической формы в начальном положении в момент раскрытия и в рабочем положении
Программный комплекс EULER может применяться при проектировании, отработке, испытаниях и доводке изделий, в научных и прикладных исследованиях, а также в процессе обучения. Использование программного комплекса позволяет уже на ранних стадиях проектирования получить достоверную информацию о поведении и силовых нагрузках в создаваемых изделиях. Кроме того, EULER позволяет оперативно проводить исследования нештатных ситуаций, возникающих в процессе эксплуатации уже существующих систем [4].
В результате был смоделирован обод, который может быть использован в различных системах космического назначения.
Библиографические ссылки
1. Чеботарев, В.Е. Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения: учеб. пособие / В.Е. Чеботарев, В.Е. Косенко; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. -Красноярск, 2011. 488 с.
2. Rao S., Shafai L., Sharma S. Handbook of Reflector Antennas and Feed Systems Volume 3: Applications of reflectors. Boston, Massachusetts: Artech House, 2013, 462 p.
3. Gan W. W, Pellegrino S. (2006). Numerical Approach to the Kinematic Analysis of Deployable Structures Forming a Closed Loop. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 220(7), pp. 1045-1056.
4. Программный комплекс автоматизированного динамического анализа многокомпонентных механических систем EULER. Общее описание программного комплекса [Электронный ресурс]. URL: http://www.euler.ru/ (дата обращения: 16.03.2022).
© Воложанин П. А., Калашников А. С., Кучеренко А. Д., 2022
