CC BY
17Решетневскце чтения
УДК 629.78.001.63(075.8)
П. С. Тундыков
Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д. Ф. Устинова, Россия, Санкт-Петербург
ОПТИМАЛЬНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ПЬЕЗОАКТУАТОРОВ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННЫМ СОСТОЯНИЕМ ФОРМОСТАБИЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
Проектирование и создание формостабильных конструкций является перспективным направлением в развитии космической техники. Формостабильная конструкция подразумевает единую интеллектуальную систему датчиков и актуаторов, позволяющую анализировать напряженно-деформированное состояние (НДС) конструкции и управлять им. Рассмотрены основные материалы для создания актуаторов. Приведен алгоритм программы оптимального размещения актуаторов на модельной конструкции.
В настоящее время проектирование и создание формостабильных конструкций является перспективным направлением развития космической техники. Формостабильная конструкция подразумевает единую интеллектуальную систему датчиков и актуаторов, позволяющую анализировать напряженно-деформированное состояние (НДС) конструкции и управлять им. Наиболее распространенными представителями конструкций такого типа могут выступать рефлекторы антенн космических аппаратов, элементы, относящиеся к зеркалам телескопа, и др.
Важными этапами в процессе моделирования формостабильной конструкции являются:
- выбор типа материала датчика;
- выбор типа материала актуатора;
- размещение актуаторов и датчиков на конструкции.
В качестве материалов для датчиков и актуаторов обычно используются пьезоматериалы. Особенность создания актуаторов на основе пьезоматериалов (пье-зоактуаторов) заключается в том, что такие актуаторы представляют собой устройства не только для компенсации деформаций конструкции, но и для анализа НДС конструкции, т. е. датчик.
Основными пьезоматериалами, позволяющими смоделировать пьезоактуатор, могут выступать:
- пьезобиморфы, состоящие из двух тонких склеенных между собой пьезокерамических пластин с прокладкой между ними или без нее. Актуаторы на основе пьезобиморфов (биморфные актуаторы) позволяют создавать перемещения до 5 мм и воспроизводить усилие величиной до 5 Н при небольших значениях возбуждающего напряжения (20.. .150 В);
- пленки из поливинилиденфторида (РУБР-пленки) (российским аналогом этих пленок является фторопласт 2-МЭ). Актуаторы на основе РУББ-пленок (РУББ-актуаторы) способны вырабатывать перемещения до нескольких сантиметров и создавать усилие в 0,5.2,0 Н.
Однако применение биморфных актуаторов связано с невозможностью установки биморфных актуато-ров на конструкциях геометрически сложной формы (это ограничение вызвано габаритными размерами самого пьезобиморфа), а использование РУББ-актуаторов ограничено жесткостью конструкции.
Для решения задачи оптимального размещения ак-туаторов на формостабильной конструкции была соз -дана программа на языке ЛРБЬ. В качестве модели формостабильной конструкции выбрана круглая пластина из стеклопластика диаметром Б = 0,5 м и толщиной 1 мм. В процессе моделирования пластина нагружалась тепловой нагрузкой в диапазоне температур от -273 до +60 °С (рис. 1). В результате работы данной программы было получено оптимальное размещение актуаторов на пластине (рис. 2).
Рис. 1. Результат нагружения пластины температурной нагрузкой, максимальный прогиб мтах = 49 мкм: а - сторона пластины с приложенной нагрузкой; б - обратная сторона пластины
Рис. 2 Форма пластины после расстановки актуаторов, максимальный прогиб мтах = 14 мкм: а - сторона пластины с приложенной нагрузкой; б - обратная сторона пластины
Результаты расчетов также показали, что актуато-ров должно быть не менее 22.
"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
Предварительный анализ результатов работы программы позволяет сформулировать основные направления будущих исследований:
- разработка математической модели биморфного и РУББ-актуаторов;
- создание конечно-элементной модели этих ак-туаторов и сравнение результатов математического и конечно-элементного моделирования;
- испытание актуаторов на простейших элементах конструкций, таких как прямоугольные и круглые пластины.
P. S. Tundykov
Baltic State Technical University «Voenmeh» named after D. F. Ustinov, Russia, Saint-Petersburg
OPTIMAL PLACEMENT OF PIEZOACTUATORS FOR MANAGEMENT OF THE INTENSE-DEFORMED CONDITION OF FORMSTABLE DESIGNS
OF SPACE TECHNICS
Designing and creation of formstable designs is a perspective direction of development of space technics. The formstable design means uniform intellectual system of gages and actuators, allowing to analyze and operate the design IDC. In work the basic materials for creation actuators are allocated and also is resulted the algorithm of the program of optimum placing actuators on a modeling design and results of calculation of the program. Research problems are defined and formulated.
© TyHfltiKOB n. C., 2011
УДК 629.78.01:002.004
Р. П. Туркенич, А. А. Носенков, В. В. Двирный, С. Е. Терпигин
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЦЕССА СОЗДАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ СВЯЗИ
Рассмотрен активный экспертный подход как метод совершенствования системы информационного обеспечения процесса создания космических аппаратов связи.
Авторами предложено одно из решений актуальной научной проблемы — совершенствования информационного обеспечения (ИО) процесса разработки и производства отечественных космических аппаратов связи (КАС) и их систем, обострившейся в связи с необходимостью повышения конкурентоспособности этого вида продукции на внутреннем и международном рынках космических услуг [1-3].
Сформулирована общетеоретическая концепция, согласно которой дефицит априорной информации для процесса создания КАС констатируется как потеря достаточной информационно-функциональной совместимости цепи «информация-управление», приводящая к невыполнению его целевой функции разрабатываемого изделия и угрозе снижения его конкурентоспособности. Для снижения вероятности такой потери предложен активный экспертный подход как метод, предусматривающий введение согласующего звена между управляющим и информационным звеньями в виде подразделения экспертов, в совершенстве знающих вопросы проектирования, информатизации и управления процесса создания КАС и способных непосредственно участвовать в решении этих вопросов. Дано логико-аналитическое обоснова-
ние этого подхода и оценено его влияние на эффективность системы ИО. На основе предложенной концепции разработаны рекомендации по функциональным задачам экспертного звена (ЭЗ) и соответствующие методики по совершенствованию ИО процесса создания КАС.
В частности, в структурно-функциональную модель ИО процесса создания КАС предложено ввести ЭЗ-специалистов высокой квалификации, обладающих обширными познаниями в области проектирования и производства КАС и владеющих информацией о состоянии мировой науки и техники по своему профилю. Это связано с необходимостью рассмотрения множества проектных решений в их единстве и высокой степенью неопределенности всех факторов, на основе которых эти решения принимаются и реализуются; возможностью лишь частичного использования методов экстраполяции при подготовке проектных решений и др. При этом речь идет о формировании в промышленности эксперта нового, активного типа, который может подготавливать заключения по получаемым запросам, высказывать свое мнение при экспертной оценке каких-либо вопросов и решать комплекс взаимосвязанных задач по своей теме.
