CC BY
35
Секция «Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
УДК 629.78
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТОЕК ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА ДЛЯ СИЛОВОЙ КОНСТРУКЦИИ
КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
Р. И. Бикмаев, А. К. Шатров
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: [email protected]
В некоторых классах КА основой для силовой конструкции являются стойки, изготовленные из различных материалов. Рассматривается проектирование силовых стоек из высокомодульного углепластика повышенной прочности и жесткости.
Ключевые слова: силовая конструкция, стойка, углепластик, жесткость, прочность.
THE DESIGN OF BARS FROM A COAL PLASTIC FOR THE POWER CONSTRUCTION
OF SPACE CRAFT
R. I. Bikmaev, A. K. Shatrov
JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information satellite systems" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation
E-mail: [email protected]
In some classes of space vehicles basis for a power construction are the bars made from different materials. Planning ofpower bars is in-process examined from the high-modulus coal plastic of extra-strong and inflexibility.
Keywords: power construction, bar, coal plastic, inflexibility, durability.
Введение. В последние годы, в спутникостроении, наряду с традиционными материалами, также получили распространение композиционные материалы, обладающие высокой удельной прочностью и жесткостью, а также способностью к направленному изменению механических свойств в соответствии с назначением и условиями эксплуатации конструкции.
Современный космический аппарат (КА) представляет собой сложную техническую систему, в состав которой входят силовая конструкция, навесное оборудование, подсистемы энергопитания, ориентации, стабилизации, ретранслятор, механические устройства отделения, развертывания рефлекторов антенн и солнечных батарей. Необходимость повышения технических возможностей КА требует увеличения массы полезной нагрузки за счет снижения массы силовой конструкции КА, что неизбежно приводит к увеличению ее податливости и снижению прочности при использовании ранее применяемых материалов в проектировании.
В некоторых классах КА основой для силовой конструкции являются стойки, расположенные по углам прямоугольника и соединённые между собой набором продольных и поперечных сотовых панелей. Чаще всего стойки изготавливаются из алюминиевого сплава. В данном докладе представлены результаты экспериментальной отработки по определению физико-механических свойств стоек различных вариантов исполнения, изготовленных из высокомодульного углепластика различных типов. Отработка проводилась на образцах.
Образцы представляют собой углепластиковую трубу длинной Общий вид образца 400 мм, заделанную с обеих сторон алюминиевыми законцовками. Общий стойки из углепластика вид образца представлен на рисунке.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1
Основными составляющими продольной жесткости стойки являются площадь поперечного сечения ^ и модуль упругости на сжатие-растяжение Есж. В таблице представлены результаты испытаний образцов стоек на сжатие, с различной технологией изготовления труб, по определению модуля упругости.
Результаты испытаний по определению модуля упругости на сжатие образцов стоек
Образец, № Материал Промежуточная полимеризация Кол-во слоев Площадь сечения Модуль упругости Жесткость Удельная жесткость
см2 Е -^сжат, кгс/см2 Есжат, ^ , кгс Е сжат ^ ' кгс/см4
1 Углепластик № 1 есть 16 13,827 2,2 ■ 106 30,55 ■ 106 15,91 ■ 104
2 Углепластик № 1 нет 16 14,725 2,05 ■ 106 30,18 ■ 106 13,92 ■ 104
3 Углепластик № 1 есть 12 9,53 2,105 ■ 106 20,06 ■ 106 22,08 ■ 104
4 Углепластик № 1 нет 12 10,27 1,92 ■ 106 19,78 ■ 106 18,69 ■ 104
5 Углепластик № 1 есть 14 11,75 2,12 ■ 106 24,95 ■ 106 18,04 ■ 104
6 Углепластик № 2 есть 14 11,06 2,52 ■ 106 27,76 ■ 106 22,78 ■ 104
7 Углепластик № 2 нет* 14 13,38 2,4 ■ 106 32,12 ■ 106 17,93 ■ 104
8 Углепластик № 2 нет** 14 12,28 2,7 ■ 106 33,16 ■ 106 21,98 ■ 104
* - с обтяжкой 1-м слоем стеклонити;
** - с обтяжкой 5-ю слоями стеклонити.
Удельная жесткость образцов труб, изготовленных по технологии с промежуточной предварительной полимеризацией оказалась выше, чем у аналогичных образцов труб, изготовленных без промежуточной полимеризации;
Максимальная удельная жесткость получена для образца трубы № 6 из материала высокомодульного углепластика № 2 с 14 слоями и с промежуточной предварительной полимеризацией через каждые 4 слоя.
Таким образом, имеем экономию массы в 5,2 раза для стоек изготовленных из углепластика взамен алюминиевым.
Полученные результаты испытаний использованы при проектировании космических аппаратов с силовой конструкцией из углепластиковых стоек.
© Бикмаев Р. И., Шатров А. К., 2016
