CC BY
45"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов
УДК 629.76/78.001.63
НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ КОСМИЧЕСКИХ АНТЕНН С КРУПНОГАБАРИТНЫМИ РЕФЛЕКТОРАМИ В ПО ANSYS WORKBENCH
Н. Н. Голдобин1, Д. П. Нехаев2, Д. О. Шендалев3
1,3АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 2ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс» филиал в Приволжском федеральном округе Российская Федерация, 443069, г. Самара, ул. Авроры, 110 E-mail: 1goldobin@iss-reshetnev.ru, 2Denis.Nekhaev@cadfem-cis.ru, 3shendalev_d@iss-reshetnev.ru
Рассмотрены новые возможности расчета температурных деформаций антенн космических аппаратов с крупногабаритными рефлекторами в программном комплексе ANSYS Workbench. Описаны общие положения методики расчета температурных деформаций, а также наработки АО «ИСС» и компании ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс» (г. Самара) по части ее реализации в новой среде разработки ANSYS Workbench.
Ключевые слова: ANSYS Workbench, антенна космического аппарата, рефлектор, конечно-элементная модель, температурные деформации.
NEW OPPORTUNITIES OF THERMAL MOVEMENT CALCULATION OF SPACE ANTENNAS WITH LARGE REFLECTORS IN THE ANSYS WORKBENCH
N. N. Goldobin1, D. P. Nekhaev2, D. O. Shendalev3
1,3JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation 2CADFEM-CIS branch in Volga Federal district 110, Avrora Street, Samara, 443069, Russian Federation E-mail: 1goldobin@iss-reshetnev.ru, 2Denis.Nekhaev@cadfem-cis.ru, 3shendalev_d@iss-reshetnev.ru
The material considers new opportunities of thermal movement calculation of space antennas with large reflectors in the ANSYS Workbench. The paper describes general provisions of a method of temperatures deformations calculation and also operating time of the JSC "ISS" and CADFEM-CIS (Samara city) in the field of its realization of the ANSYS Workbench.
Keywords: ANSYS Workbench, an antenna of a spacecraft, a reflector, final element model, temperature deformations.
Авторами данной статьи не раз поднимался вопрос о создании методики расчета и анализа температурных деформаций антенн для космических аппаратов (КА) связи с крупногабаритными трансформируемыми рефлекторами [1—3].
В статье [1] рассматриваются теоретические аспекты методики расчета температурных деформаций, статьи [2; 3] посвящены анализу таких деформаций.
Данная методика предполагает использование программного комплекса конечно-элементного моделирования с возможностью проведения механических и тепловых расчетов. В этом плане АО «ИСС» имеет опыт работы в ПО ANSYS Mechanical APDL.
Основными проблемами, возникающими при реализации данной методики в ANSYS Mechanical APDL, являются: большие сроки выполнения всего комплекса расчетов; сложности при подготовке к анализу результатов расчета в удобном формате по причине больших объемов данных; в используемой программной среде невозможно реализовать междисциплинарный анализ разрабатываемой конструкции.
Задача сокращения сроков проектирования антенн КА является важной и актуальной. Для решения этой задачи в АО «ИСС» совместно с компанией ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс» был выбран путь построения единой системы проектирования антенн с крупногабаритными рефлекторами с использованием современных систем компьютерного моделирования.
Для обеспечения связи между различными частями проектировочной информации в процессе выполнения расчетов выгодно иметь единую среду разработки, которая сочетала бы в себе надежные инструменты для объединения модулей различных физик и гибкую среду пользовательского программирования позволяющую создать дополнительный необходимый для пользователей функционал.
Как известно, на протяжении более чем десяти лет компания ANSYS Inc. активно развивает новую среду разработки ANSYS Workbench, которая, как заявляет разработчик, дает тесную интеграцию между компонентами приложений, обеспечивая легкость использования при подготовке и проведении расчетов, а также при решении сложных междисциплинарных задач.
<Тешетневс^ие чтения. 2016
Общая схема методики расчета температурных деформаций рефлектора
Возможность применения новой среды разработки для ускорения процесса расчетов по сравнению с ранее используемым легла в основу создания универсальной методики полного цикла расчетов, посвященных температурным деформациям конструкций космических антенн в процессе их орбитальной эксплуатации. Общая схема методики расчета температурных деформаций на примере расчета рефлектора представлена на рисунке [1].
На начальном этапе (этап 0) необходимо создать конечно-элементную модель с заданием механических и теплофизических характеристик. На первом этапе в соответствии с данной схемой выполняется тепловой расчет антенны на орбите, который включает в себя:
- определение векторов теплового потока на конструкцию антенны в зависимости от ее положения на орбите;
- определение коэффициентов освещенности элементов конструкции антенны;
- расчет температурных полей на конструкции антенны.
На втором этапе, который может выполняться параллельно с первым, проводится расчет напряженно-деформированного состояния (НДС) антенны. Этап включает в себя:
- задание внутренних напряжений в конструкции антенны;
- определение НДС антенны.
На третьем этапе происходит приложение температурного поля к напряженно-деформированной модели антенны и проводится расчет температурных деформаций.
На четвертом этапе выполняется анализ температурных деформаций с вычислением контролируемых геометрических параметров антенны (отклонение фокуса и фокальной оси рефлектора, среднеквадратиче-
ское отклонение формы отражающей поверхности относительно заданного параболоида вращения, отклонения фазового центра излучателя, отклонения штанги и пр.) и делается вывод о необходимости доработки конструкции антенны на предмет стойкости к тепловым воздействиям.
В АО «ИСС» на сегодняшний день конечно-элементное моделирование антенн с крупногабаритными трансформируемыми рефлекторами осуществляется в ПО ANSYS Mechanical APDL. Однако на пути к реализации обозначенной выше методики АО «ИСС» совместно с компанией ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс» ведется создание метода интеграции создаваемых с использованием APDL моделей в новую среду разработки ANSYS Workbench.
Методика создания конечно-элементных моделей предварительно напряженных конструкций крупногабаритных трансформируемых рефлекторов в среде ANSYS Workbench реализована совместными усилиями АО «ИСС» и компании CADFEM, была обсуждена на XI Международной конференции пользователей ANSYS/ CADFEM (14-16 октября 2014 г.), а также была апробирована при создании КЭМ рефлектора диаметром более 40 метров в рамках выполнения специальной части опытно-конструкторской разработки (СЧ ОКР «Прибор») по Федеральной космической программе России на 2006-2015 годы.
Тепловой расчет проводится специалистами АО «ИСС» в ПО Thermica, поскольку в данном ПО реализован так называемый орбитальный калькулятор, позволяющий определять вектор направления теплового потока в зависимости от положения КА на орбите в течение всего срока активного существования. В будущем планируется разработка пользовательского расширение для ANSYS, позволяющего своим функционалом полностью исключить исполь-
"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
зование ПО Thermica из методики расчета температурных деформаций.
Третий и четвертый этапы методики расчета температурных деформаций реализованы стандартными средствами ПО ANSYS Workbench.
Таким образом, по завершении работ по интеграции имеющихся моделей в среду ANSYS Workbench, а также после разработки пользовательского расширения, позволяющего реализовать «орбитальный калькулятор», АО «ИСС» получит инструмент, дающий широкие возможности в области проведения расчетов антенн для космических аппаратов и их междисциплинарного анализа.
Библиографические ссылки
1. Голдобин Н. Н., Голдобина Я. Л. Методика расчета температурных деформаций космического крупногабаритного рефлектора // Решетневские чтения : материалы Междунар. научной конф. Красноярск, 2015. С. 95-97.
2. Голдобин Н. Н. Анализ температурных деформаций космического крупногабаритного рефлектора диаметром до 48 метров // Решетневские чтения : материалы Междунар. научной конф. Красноярск, 2015. С. 97-99.
3. Шендалев Д. О., Елизаров Д. А., Нехаев Д. П. Тепловой и термоупругий анализ рефлектора с использованием Ansys и пользовательских расширений CADFEM // Решетневские чтения : материалы Меж-дунар. научной конф. Красноярск, 2015. С. 265-266.
References
1. Goldobin N. N., Goldobina Y. L. Metodica rascheta temperaturnih deformaciy kosmicheskogo krupnogabarintnogo reflector // Materialy Megdynarodnoy nauchnoy konferencii "Reshetnevskiye chteniya". Krasnoyarsk, 2015. P. 95-97.
2. Goldobin N. N. Analiz temperaturnih deformaciy kosmicheskogo krupnogabaritnogo reflector diametrom do 48 metrov // Materialy Megdynarodnoy nauchnoy konferencii "Reshetnevskiye chteniya". Krasnoyarsk, 2015. P. 97-99.
3. Shendalev D. O., Elizarov D. A., Nehayev D. P. Teplovoy i termouprugiy analiz reflector c ispolzovaniyem Ansys I polzovatelskih rasshireniy CADFEM // Materialy Megdynarodnoy nauchnoy konferencii "Reshetnevskiye chteniya". Krasnoyarsk, 2015. P. 265-266.
© Голдобин Н. Н., Нехаев Д. П., Шендалев Д. О., 2016
УДК 62-686
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИНЦИПА РАБОТЫ ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКОГО ДВИЖИТЕЛЯ
O. E. Гребенюк, И. В. Трифанов
^бирский государственный аэрокосмический университет имени академика M. Ф. Peшeтнeвa Poccийcкaя Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: olesyagrebenyuk@mail.ru
Рассматривается изобретение, принадлежащее к области устройств на постоянных магнитах, использующих исключительно магнитные поля, для создания движительной энергии.
Ключевые слова: электрокинетический движитель, ферромагнитный, статор, ротационный.
THEORETICAL BASIS OF OPERATION PRINCIPLES OF THE ELECTROKINETIC PROPULSOR
O. E. Grebenyuk, I. V. Trifanov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: olesyagrebenyuk@mail.ru
The paper deals with the invention to the field of permanent magnet devices, using only magnetic fields, to create propulsion energy.
Keywords: electrokinetic propulsion, ferromagnetic, stator, rotary.
Электрокинетический движитель - движитель, построенный на основе электромагнитных явлений. В движителе происходит процесс преобразования электрической энергии в кинетическую энергию через электромагнитные поля. Электрокинетические двигатели применяются в аэрокосмической технике.
Целью данной работы является изучение теоретических основ и принципов работы электрокинетических движителей и сбор необходимой информации.
Для достижения поставленной цели нам необходимо изучить область применения и историю изобретения, а также описание изобретения.
