Перспективный крупногабаритный трансформируемый рефлектор зонтичного типа Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Анализ температурных деформаций показал следующее:

- параметры геометрической точности положения рефлектора относительно номинала по одному из показателей превышают (более чем в 2 раза) допустимые значения;

- параметры геометрической точности формы ОПР находятся в допустимых пределах: СКО относительно ПНС не превышает 6,3 мм (< 15 мм);

- рефлектор имеет существенное отклонение положения фокуса и фокальной оси ПНС от номинального положения под воздействием теплового потока в обоих расчетных случаях (ТВР и ТЗС), однако форма отражающей поверхности имеет допустимое отклонение от идеального параболоида;

- ошибки наведения рефлектора могут быть компенсированы с использованием устройства регулировки положения рефлектора, осуществляющего управление его положением по двум вращательным степеням свободы. Большая часть угловых отклонений фокальной оси рефлектора (до 5,6 угл. мин), которые возникают под действием теплового потока в случаях ТВР и ТЗС, может быть компенсирована до начала ТВР и ТЗС. Оставшиеся отклонения могут быть компенсированы дополнительными управляющими воздействиями в пределах 0,8-3,7 угл. мин. Такой способ управления угловым положением рефлектора позволяет:

- вблизи ТВР и ТЗС проводить подстройку, используя только привод с вращательной степенью свободы относительно оси, сонаправленной с осью Ъ системы координат антенны;

- уменьшить продолжительность превышения допустимых значений геометрической точности ОПР;

- использование сетчатых конструкций в составе рефлектора и штанги позволило в несколько раз

улучшить параметры геометрической точности отражающей поверхности по сравнению с конструкцией со спицами сплошного сечения без теплозащитного покрытия. Необходимо отметить, что в КЭМ рефлектора не была учтена прокладка кабелей, поэтому в случае ее учета предельная величина температурных деформаций может возрасти;

- анализ температурных деформаций показал, что использование звеньев спиц со сплошным поперечным сечением без теплоизоляции недопустимо, поскольку такая конструкция обладает большой площадью, воспринимающей тепловой поток, и, следовательно, большими деформациями по сравнению с сетчатой конструкцией.

Библиографическая ссылка

1. Научно-технический отчет по теме 761 по 2-му этапу ОКР, договор № 14/12. Разработка математической модели и расчет рефлектора, настройки и регулирования профиля поверхности рефлектора. Проведение расчетов в обеспечение разработки рабочей документации. 2014. НИИ ПММ ТГУ.

Reference

1. Nauchno-tehnicheskiy otchet po teme 761 po 2 etapy OKR, dogovor #14/12. Razrabotka matematicheskoy modeli I raschet reflectora, nastroyki i regulirovaniya profilya poverhnosti reflektora. Provedeniye raschetov v obespecheniye razrabotki rabochey dokymentacii [Development of methods for modeling, configuration and control of the surface profile of large reflectors. Adjustment and refinement of computer models. Generalization of the results of experimental design work]. 2014. NII PMM TGU.

© Голдобин Н. Н., 2015

УДК 629.76/78.001.63

ПЕРСПЕКТИВНЫЙ КРУПНОГАБАРИТНЫЙ ТРАНСФОРМИРУЕМЫЙ РЕФЛЕКТОР

ЗОНТИЧНОГО ТИПА

Я. Л. Голдобина, В. В. Шальков

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

E-mail: [email protected]

Предложена концепция и описана конструкция перспективного крупногабаритного рефлектора зонтичного типа. Проведен сравнительный анализ основных характеристик.

Ключевые слова: крупногабаритный рефлектор, гибкая термостабильная композитная оболочка, отражающая поверхность.

Решетнеескцие чтения. 2015

PERSPECTIVE LARGE-SIZED TRANSFORMABLE REFLECTOR OF UMBRELLA TYPE

Y. L. Goldobirn, V. V. Shalkov

JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Jeleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]

The concept and the construction of perspective large-sized umbrella reflector are described in this paper. Authors execute a comparative analysis of the main parameters of a reflector.

Keywords: large-sized reflector, thermostable flexible composite shell, reflective surface.

В реализованных конструкциях зонтичных рефлекторов разработки АО «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнёва» отражающая поверхность представлена металлизированным сетеполотном. Один из главных недостатков сетеполотна - требование натяжения для обеспечения необходимой точности. Например, в конструкции рефлекторов «Луч 5А» натяжение обеспечивают элементы силового каркаса: 16 силовые спиц, 96 точных спиц. Конструктивные элементы, такие как спицы, шарниры, приводы, составляют до 70-80 % массы рефлектора.

Повышение точности, увеличение жесткости, уменьшение массы рефлектора становится возможным при использовании в качестве отражающей поверхности оболочки из тонкого композиционного материала, разработанной компанией Harris Corporation в концепции гибкого прецизионного рефлектора [1].

Точность отражающей поверхности гибкого прецизионного рефлектора сравнима с точностью рефлекторов отечественного производства с твердой поверхностью.

Перспективный крупногабаритный трансформируемый рефлектор зонтичного типа состоит из силового каркаса, отражающей поверхности, механизма раскрытия, системы зачековки (см. рисунок). В качестве отражающей поверхности принимается гибкая термостабильная композитная оболочка. При таком выборе количество элементов силового каркаса значительно сокращается, что обеспечивает минимальную массу. Спицы необходимы лишь для поддержания отражающей поверхности, нет необходимости обеспечивать натяжение. При раскрытии рефлектора оболочка за счет упругой деформации принимает заданную форму, обеспечивая точность поверхности. Для обеспечения требуемой жесткости и поддержания формы оболочки предлагается использование силового шпангоута.

Конструкция силового каркаса зонтичного рефлектора зеркальной антенны определяется положением оболочки в рабочем и транспортном положениях. В транспортировочном положении оболочка укладывается «складками», размеры и количество которых определяются из двух условий: диаметра обтекателя ракеты-носителя и допустимого радиуса гиба материала отражающей поверхности (см. рисунок).

Силовой каркас состоит из прямолинейных ради-ально расположенных спиц, шарнирно закрепленных на основании и имеющих возможность поворота. Количество спиц должно быть определено требованием обеспечения жесткости рефлектора.

Рефлектор:

а - в рабочем положении; б - в транспортном положении; 1 - силовой шпангоут; 2 -спицы; 3 - отражающая поверхность; 4 - основание; 5 - механизм раскрытия; 6 - система зачековки

С целью снижения массы рефлектора спицы силового каркаса могут быть выполнены намоткой в виде сетчатой структуры из полимерного композиционного материала.

Ниже представлен сравнительный анализ основных характеристик существующей конструкции рефлекторов зеркальных антенн «Луч 5А» и перспективного рефлектора нового поколения (см. таблицу).

Предложенная конструкция является перспективной, так как характеризуется высокой надежностью раскрытия, точностью рабочей поверхности, имеет относительно небольшую массу и высокую жесткость.

References

1. Keller P. N., Lake M. S., Codell D. Development of Elastic Memory Composite Stiffeners for a Flexible Precision Reflector // ^mposites in manufacturing. Second quarter 2007, vol. 23, no. 2, p. 4-5.

б

а

© Голдобина Я. Л., Шальков В. В., 2015

УДК 629.78

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УСИЛИЯ НАТЯЖЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА ПРИ НАМОТКЕ

В. В. Двирный, О. А. Исеева, Е. Г. Пацкова

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: [email protected]

Выделены основные технологические факторы, влияющие на прочность изделий, изготовленных намоткой, и проблемы натяжения углеродного волокна. Описаны дальнейшие планы работы по решению проблем механики намотки.

Ключевые слова: усилие натяжения, намотка, углеродное волокно.

INVESTIGATING CARBON FIBER TENSION FORCE TO THE WINDING

V. V. Dvirniy, O. A. Iseeva, E. G. Patskova

JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]

We define the basic technological factors affecting the strength ofproducts manufactured by winding, and problems of carbon fiber tension. The paper describes future plans to solve the problems of winding mechanics.

Сравнительный анализ основных характеристик рефлекторов

Характеристика Рефлектор «Луч 5А» Перспективный рефлектор

Апертура, м 4,05 4

СКО, мм 1,5 0,5

Частота, ГГц 15 >40

Удельная масса, кг/м2 1,5 0,75

Масса, кг 22 10

Keywords: tension force, winding, carbon fiber.

Научно-технический прогресс связан с разработкой и широким внедрением новых конструкционных композитных материалов, среди них важное место занимают материалы из угольного волокна, которые успешно используются при изготовлении корпуса и элементов конструкции при разработке отечественных КА.

Непрерывная силовая намотка - один из наиболее распространенных и высокоэффективных методов создания композиционных оболочек вращения. Технологической оснасткой при их изготовлении методом намотки являются формообразующие конструкции или оправки. При этом волокно пропитывается полимерным связующим и с заданным первоначальным натяжением укладывается на оправку. Оправка, в свою очередь, должна обеспечивать заданную форму и размеры изготавливаемой конструкции в условиях контактного давления со стороны формирующейся оболочки.

Влияние усилия натяжения наматываемого волокна на конечные выходные параметры изделия и де-

формативность всей системы в достаточной мере не исследовано [1; 2].

Можно выделить основные факторы, влияющие на прочность изделий, изготовленных намоткой: натяжение арматуры, содержание связующего, температура пропитки, ширина используемого волокна, шаг намотки [3; 4]. Натяжение волокнистых наполнителей при изготовлении намотанных изделий - один из наиболее эффективных технологических способов регулирования механических свойств армированных полимеров [5]. Установлено, что за счет изменения условий натяжения можно изменить прочность до 30 %.

Ряд работ, посвященных влиянию роли натяжения армирующего материала на выходные параметры наматываемых изделий, основное внимание уделяют фактору снижения степени искривления армирующих волокон за счет натяжения, однако при намотке толстых оболочек избежать искривления волокон нижних слоев не удается.

Кроме изменения физико-механических характеристик, натяжение позволяет обеспечить необходимое