Опыт изготовления пластиковых конструкционных элементов систем энергоснабжения КА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.7.064.56

ОПЫТ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАСТИКОВЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ КА

А. П. Белоглазов, А. В. Габов, В. И. Елистратов, В. Н. Сорокин

ООО «Ниагара» Российская Федерация, 119049, г. Москва, ул. Донская, 6, стр. 2 E-mail: [email protected]

Представлены результаты разработки технологий изготовления труб треугольного сечения (I), крупноразмерной пары винт-гайки (II), созданные ООО «Ниагара» (г. Москва). Эти элементы могут быть применены в конструкциях панелей БС и системах их развёртывания.

Ключевые слова: космические аппараты, солнечная батарея, трубы треугольного сечения, углепластико-вые конструкционные материалы.

THE EXPERIENCE OF MANUFACTURING PLASTIC STRUCTURAL ELEMENTS OF SPACECRAFT POWER SUPPLY SYSTEMS

A. P. Beloglazov, A. V. Gabov, V. I. Elistratov, V. N. Sorokin

NIAGARA Ltd Bld. 2, 6, Donskaya str., Moscow, 119049, Russian Federation E-mail: [email protected]

The results are presented for manufacturing process development ofpipes of triangle cross-section (I) and large size screw-and-nut pair (II) in NIAGARA Ltd. (Moscow). These elements can be applied in panel structures of solar-sell batteries and their deployment systems.

Keywords : solar-sell battery, pipes of triangle cross-section, screw-and-nut pairs.

I. Масса круглых углепластиковых трубок каркаса БС доходит до 50 %. В составе каркасов БС эти трубы в основном работают на изгиб, а жесткость и прочность круглых труб на кручение используется не полностью. Учитывая такие требования к этим трубам, одним из путей снижения массы БС является замена круглых труб на треугольные.

ООО «Ниагара» располагает опытом изготовления тканых и плетёных «рукавов» из углеродного волокна, поэтому первым вариантом технологии производства труб треугольного сечения стала инфузионная формовка из «рукавов». При этом по ребрам трубок прокладывались дополнительные жгуты УВ, повышающие жесткость изделий. Недостатком метода является необходимость изготовления «рукава» определенного диаметра под каждый типоразмер трубы.

Более гибким технологическим вариантом стал метод изогридной намотки, позволяющий в широких пределах варьировать как количество продольных и поперечных жгутов, так и применять для них УВ разных типов, например, высокомодульное УВ вдоль ребер, а более гибкое - по граням. Метод изогридной намотки труб позволяет варьировать между изгибной жесткостью и прочностью трубы и ее крутильной жесткостью и прочностью, оптимизируя удельно-массовые характеристики трубы.

Усредненные результаты испытаний труб одного из типоразмеров, изготовленных из плетёного или тканого «рукава» и методом изогридной намотки,

приведены в табл. 1, внешний вид готовых изделий представлен на рис. 1.

Следует отметить, что разброс механических характеристик изогридных труб, изготовленных методом ручной намотки, достигает 20 %, поэтому в качестве следующего этапа работ намечена автоматизация процесса намотки, позволяющая получать более стабильные свойства изделий. Следует отметить, что сетчатая конструкция даёт дополнительную возможность контролируемой прокладки кабелей внутри трубки.

II. Одним из вариантов раскрытия панелей БС КА является механизм, составной частью которого является винтовая пара. В соответствии с ТЗ (длина винта 3800 мм, вес сборки, состоящей из винта и двух гаек, не должен превышать 1800 г, резьба двухзаходная с шагом 90 мм) были предложены три варианта технологии изготовления винта (табл. 2).

Во всех вариантах конструкция состоит из внутренней углепластиковой трубы, обеспечивающей жесткость, и внешней формообразующей поверхности. Были опробованы все три варианта, и для изготовления полноразмерного винтового движителя избрана технология изготовления винта методом формования внешней оболочки на ранее отформованный резьбовой профиль из вспененного материала с использованием силиконовой матрицы (рис. 2, 3). Гайка изготавливалась методом намотки на фторопластовую оправку с последующей мехобработкой (рис. 4).

Решетневскуе чтения. 2014

Таблица 1

Усредненные результаты испытаний труб одного из типоразмеров

Требование ТЗ Результаты испытаний

Показатель Значение Тканый рукав Плетёный рукав Изогридная тр.

Мразр (кгс х м), не менее 15,0 13,9 15,2 16,9

Прогиб при Мразр (мм)/400 мм 1,3 2,64 1,5 1,3

Ррж4' (кгс.), не менее 1 000,0 1 273,0 1 448,0 1 353,0

Мррзр (кгс х м), не менее 2,6 1,5 2,5 2,4

Таблица 2

Сравнительный анализ технологий

Технология Преимущества Недостатки

Изготовление резьбовой части винта комбинированным методом пултру-зии и намотки (рис. 2) Высокие прочностные характеристики. Формование резьбового профиля за одну операцию. Возможность формования изделий большой длины Сложный технологический процесс и оборудование. Жёсткие требования к скорости полимеризации смолы. Повышенные требования к геометрии внутренней трубки. Высокий вес изделия, так как винтовой профиль заполнен углеродным жгутом

Формование внешней оболочки на вымываемой оправке с последующим заполнением резьбового профиля вспенивающимся материалом (рис. 3) Низкий вес изделия. Простая технологическая оснастка Необходимость использования квалифицированного ручного труда. Трудность удаления материала вымываемой оснастки из внутренних полостей. Многостадийность процесса

Формование внешней оболочки на ранее отформованном резьбовом профиле из вспененного материала (рис. 5) Низкий вес изделия. Простая технологическая оснастка Необходимость использования квалифицированного ручного труда. Многостадийность процесса.

Рис. 1. Внешний вид готовых изделий

Кроме массогабаритных характеристик, к сборке предъявляются следующие конструктивные требования:

- обеспечение перемещения гайки, нагруженной осевой силой 500 Н крутящим моментом на оси винта не более 20 Н/м;

- статическое испытание на изгиб не менее 75 Н/м до разрушения.

Для проведения испытаний был изготовлен стенд, обеспечивающий заданную осевую нагрузку при ско-

рости вращения 2,5 оборота в минуту. Крутящий момент, возникающий при вращении винта, измерялся датчиком крутящего момента, находящимся между редуктором и винтом. Показания датчика фиксировались на видеокамеру с привязкой к координате вдоль оси винта. При испытании по всей длине изделия крутящий момент на оси винта изменялся в диапазоне 12,1^14,5 Н/м. Результаты испытаний винта на изгиб соответствуют заданным.

Изготовление формообразующих поверхностей

Рис. 2. Резьбовой профиль из вспененного материала на внутренней трубе

Рис. 3. Готовая заготовка перед пропиткой

Готовые изделия

Рис. 4. Гайка и оправка Рис. 5. Винтовая поверхность

перед финишной шлифовкой

© Белоглазов А. П., Габов А. В., Елистратов В. И., Сорокин В. Н., 2014

УДК 629.76/.78

ВЛИЯНИЕ СХЕМЫ АРМИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛА НА ЖЕСТКОСТЬ КОМПОЗИТНОГО РЕФЛЕКТОРА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Н. А. Бердникова

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Для реализации космического проекта «Миллиметром» проведено моделирование поверхности центрального зеркала (ЦЗ) криотелескопа из полимерного композиционного материала (ПКМ). Рассмотрено влияние угла укладки материала на изменение коэффициента температурного расширения (КТР). Проведен модальный анализ для каждой из схем армирования, чей КТР близок к нулю.

Ключевые слова: вырезка из параболоида вращения, размеростабильная конструкция, КТР, модальный анализ.