CC BY
26
УДК 621.792
ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕРАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРЕЦИЗИОННЫХ ОБРАЗЦОВ
ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Е. А. Мироненко, В. В. Савицкий, Е. А. Трифонова, Е. Д. Мироненко
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: [email protected]
Приведены результаты проектирования неразъемных соединений композитных элементов конструкции опорной фермы контррефлектора обсерватории «Миллиметрон».
Ключевые слова: композиционные материалы, клеевое соединение.
DESIGN OF NON-DETACHABLE CONNECTIONS BETWEEN HIGH-PRECISION
COMPOSITE PARTS
E. A. Mironenko, V. V. Savitskij, E. A. Trifonova, E. D. Mironenko
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
This paper addresses the designs of non-detachable connections between composite parts of Millimetron space observatory's subreflector support structure.
Keywords: composite materials, adhesive bond.
Введение. При проектировании конструкции космической обсерватории «Миллиметрон» поднимается ряд технически сложных вопросов, касающихся применения специальных конструкционных материалов. Это обусловлено, тем что для максимально чувствительной работы телескопа требуется охлаждение всей зеркальной системы до 4,5 °К (-268,5 °С). Данную температуру обеспечивают криогенные машины, в ходе работы которых происходит выделение тепла и сброс его через радиаторы охлаждения [1]. Соответственно для элементов интерфейса обсерватории необходимо использовать геометрически стабильные от воздействия температур материалы с коэффициентом линейного температурного расширения (КЛТР) близким к нулю. Для удовлетворения данным требованиям целесообразно использовать интегральные конструкции на основе современных композиционных материалов.
При проектировании крупногабаритных конструкций из композиционных материалов, следует учитывать возможности производственной базы и особенностей технологии изготовления таких конструкций. Например, конструкцию опорной фермы контррефлектора обсерватории «Миллиметрон» не удается выполнить интегральной - без соединений. Высокие требования по размерной стабильности конструкции не позволяют применять металлические элементы соединения с относительно высокими показателями КЛТР. В таких условиях неразъемное соединение на основе эпоксидных смол для двух отвержденных элементов с последующей совместной полимеризацией является наиболее приемлемым вариантом. Анализ отечественной литературы свидетельствует о том, что на данный момент практически не существует расчетных и экспериментальных данных по отработке клеевых соединений изделий из композиционных материалов. Современные CAE системы позволяют сделать лишь приближенный расчет по причине сложности моделирования математической модели, анизотропной структуры композиционных материалов и человеческого фактора при изготовлении (неравномерность пропитки, пористость, особенности технологий) [2].
Секция «Механика конструкций ракетно-космической техники»
Одной из основных и самостоятельных задач, возникающих при создании различных конструкций из КМ, является обеспечение прочности и надежности узлов соединений, через которые передаются все нагрузки, воспринимаемые несущей конструкцией [3]. Целью данной работы является определение вариантов неразъемных соединений прецизионных конструкций из КМ для последующего изготовления и отработки.
Описание спроектированных неразъемных соединений. В качестве основы для создания прецизионной конструкции из КМ были взяты образцы трубчатых штанг опорной фермы контррефлектора:
- диаметры соединяемых трубчатых элементов соответствуют аналогичным в штанге: внешний 45 мм, внутренний 38 мм;
- суммарная длина итогового сопряжения 200 мм, длина зоны фактического контакта между сопрягаемыми частями 50 мм.
Образец № 1 - телескопическое соединение двух труб на клеевом шве. Является классическим клеевым соединением (рис. 1). Для упрощения технологии изготовления образца № 1 заготовки соединения выполнены без раструбов, внешняя труба эквивалентна регулярному сечению штанги ОКК, внутренняя труба имеет внешний диаметр 38 мм (зазор для обеспечения склейки формируется с помощью механической обработки). Внутренний диаметр внутренней трубы составляет 31,6 мм.
Рис. 1. Телескопическое соединение (образец № 1)
Образец № 2 - резьбовое соединение двух труб через внутреннюю резьбовую втулку с прослойкой клея между соединяемыми деталями (см. рис. 2). Для чистоты оценки качества соединения внешние трубы имеют зазор между торцами в 4 мм. С целью упрощения технологии изготовления образца № 2 заготовки соединения выполнены без раструбов, внешняя труба в регулярном сечении эквивалентна сечению штанги ОКК.
Рис. 2. Резьбовое соединение (образец № 2)
Образец № 3 - телескопическое соединение двух труб за счет кольцевого фиксирующего элемента в виде сферического паза (мениска). Для усиления прочностных характеристик зона соединения дополнительно усилена внешней и внутренней втулками (см. рис. 3).
С целью обеспечения возможности выполнения соединения во внешней трубе выполняются продольные надрезы.
Образец № 4 -соединение двух труб равного диаметра через внешнюю втулку (см. рис. 4). Возможность испытания соединения на сжатие обеспечивает зазор размером 4 мм между торцами во внутренних трубах. Внешняя втулка выполняется «по месту» из препрега путем прифор-мовки на готовые трубчатые заготовки.
При изготовлении необходимо обеспечить заданный зазор между торцами труб и отсутствие промятия препрега внешней втулки в данный зазор. Также при изготовлении необходимо будет обеспечить соосность соединяемых частей. Образец № 4 является альтернативным эталоном для сопоставления прочности сопряжений.
Составные части соединения имеют внешний и внутренний диаметры 38 мм и 31,6 мм соответственно, что совпадает с заготовкой внутренней трубы для образца № 1. Это позволит изготавливать совместно на оснастке для формования заготовки для образцов № 1, № 3 и № 4.
Рис. 3. Соединение по типу «мениск» (образец № 3)
Рис. 4. Соединение втулкой (образец № 4)
Выводы. Спроектированы четыре варианта неразъемных соединений трубчатых образцов из композиционных материалов для последующего изготовления и отработки.
Библиографические ссылки
1. Обзор научных задач для обсерватории Миллиметрон / Н. С. Кардашев, И. Д. Новиков, В. Н. Лукаш и др. // Успехи физических наук. 2013. Т. 184, № 12. С. 1320-1352.
2. Вашуков Ю. А. Особенности сборки деталей из композиционных материалов в конструкциях летательных аппаратов : учеб. пособие. Самара : Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2007. 68 с.
3. Воробей В. В., Сироткин О. С. Соединения конструкций из композиционных материалов. Л. : Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1985. 168 с.
© Мироненко Е. А., Савицкий В. В., Трифонова Е. А., Мироненко Е. Д., 2017
