CC BY
36
Секция «Проектирование и производство летательньк аппаратов»
УДК 629.76
Н. А. Бердникова, В. Д. Бакаенко Научный руководитель - А. В. Лопатин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КРУПНОГАБАРИТНОЙ ДВУХРЕФЛЕКТОРНОЙ АНТЕННЫ
С ПОДДЕРЖИВАЮЩЕЙ РАМОЙ
Рассматривается задача проектирования трехслойной крупногабаритной антенны, состоящей из двух рефлекторов и поддерживающей их рамы.
Современный уровень потребностей в качественной и доступной спутниковой связи заставляет космические фирмы разрабатывать антенные системы с увеличенной зоной покрытия. Для этого на современных космических аппаратах применяются антенные системы с несколькими рефлекторами [1; 2]. Такие системы позволяют передавать сигнал на значительную по площади поверхность Земли. Объединение в
антенне двух рефлекторов и двух облучателей дает возможность оптимизировать конструкцию космического аппарата.
Задача проектирования, рассматриваемая в работе, состоит в разработке конструкции и силовой схемы антенны, которая состоит из двух рефлекторов, предназначенных для отражения сигнала разного частотного диапазона (рис. 1).
Рис. 1. Схема компоновки рефлектора на космическом аппарате
Рис. 2. Конечно-элементные модели рефлекторов
На первом этапе работы был проведен анализ различных вариантов конструкций, которые нашли применение в аэрокосмической промышленности и способны обеспечить отражающей поверхности заданную точность и жесткость. Одним из вариантов такой конструкции является тонкая оболочка, подкреплен-
ная ребрами жесткости. В процессе работы было выполнено моделирование нескольких конструкций с различным набором подкрепляющих ребер. Для всех вариантов был проведен анализ жесткости с помощью конечно-элементного пакета МЗСМаБ^ал [3]. Результаты модального анализа показали, что конфигурация
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
ребер, представленная на рис. 2, имеет наибольшую первую частоту колебаний. Рефлектор представляет собой трехслойную оболочку, состоящую из одинаковых углепластиковых несущих слоев и кевларового сотового заполнителя. Ребра жесткости выполнены также в виде трехслойной конструкции. Второй вариант конструкции антенны, рассмотренный в работе, состоит из трехслойных оболочек рефлекторов и жесткой анизогридной поддерживающей рамы. Элементы этой структуры, выполнены из высокомодульного углеродного волокна.
Крупногабаритные космические антенны испытывают действие разнообразных нагрузок. К трансформируемым конструкциям предъявляют, в первую оче-
редь, высокие требования по жесткости, обусловленные необходимостью обеспечения точности рабочей поверхности рефлектора. Антенны также должны обладать минимальной массой.
Для анализа данных требований был проведен модальный анализ обоих вариантов конструкций. Конечно-элементные модели антенны показаны на рис. 2. Первая форма колебаний конструкции представлена на рис. 3.
Проведенный анализ показал, что второй вариант конструкции антенной системы имеет меньшую массу, чем первый вариант и при этом удовлетворяет задаваемым требованиям по жесткости. Полученные в работе результаты будут использованы при проектировании реальных антенных систем.
Рис. 3. Первая форма колебаний антенны
Библиографические ссылки
1. Nicolas Elie, Alain Lacombe, StephaneBaril. Ultra-light reflectors: a high-performance and industrial concept for commercial telecom antennas. Paris, EADS SPACE Transportation.
2. Michael Lang, Horst Baier, Thomas Ernst. High precision thin shell reflectors - design concept, structural
optimization and shape adjustment techniques. Germany, Institute for Light Weigh Structures.
3. Рудаков К. Н. Femap 10.2.0. Геометрическое и конечно-элементное моделирование конструкций. К. : КПИ, 2011. 317 с. : ил.
© Бердникова Н. А., Бакаенко В. Д., 2013
УДК 629
А. В. Гончарук ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Железногорск
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМ НАВЕДЕНИЯ АНТЕНН ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ С НЕЖЕСТКИМИ КОНСТРУКЦИЯМИ
Рассматривается подход построения методики для проведения испытаний и оценки возмущающего момента создаваемого при работе системы наведения с нежесткой конструкцией антенны.
Переход на использование крупногабаритных антенн и осуществление передачи информации на высоких связных частотах привели к новым, чрезвычайно жестким требованиями к управлению наведением. Ввиду жесткого лимита веса и объема космического аппарата созданные большие конструкции антенн являются гибкими в силу выбора легкого материала, а упаковка такой конструкции получается более плотной. Также большие космические конструкции имеют большое количество форм колебаний, которые обладают низкой частотой и близко расположены друг к другу.
В результате антенная система становится более сложным многомерным объектом управления, что диктует новые требования к системам управления положением антенн.
Необходимость ограничения возмущающего момента на аппарат при соблюдении заявленной точности и скорости сопровождения объекта создала задачу построения системы наведения антенн, не влияющей на ориентацию и стабилизацию космического аппарата при выполнении основной функции.
Поставленная задача была решена в несколько этапов:
