Проектирование трансформируемой штанги ферменной конструкции для антенных систем космического аппарата Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Решетневскуе чтения. 2018

УДК 629.78.064.56

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАНСФОРМИРУЕМОЙ ШТАНГИ ФЕРМЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ АНТЕННЫХ СИСТЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

С. А. Зоммер, С. И. Немчанинов

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

Е-mail: semen_zommer@mail.ru

Описывается анализ основных конструкций длинномерных трансформируемых штанг, выбор типовой конструкции разрабатываемой штанги и процесс создания параметрической модели секции штанги, удовлетворяющей заданным требованиям.

Ключевые слова: космический аппарат, антенные системы, трансформируемая штанга.

DESIGNING OF THE DEPLOYABLE MAST OF TRUSS STRUCTURE FOR THE ANTENNA SYSTEMS OF THE SPACECRAFT

S. A. Zommer, S. I. Nemchaninov

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: semen_zommer@mail.ru

The article describes the analysis of the basic designs of long-length deployable masts, the choice of the standard design of the mast being developed and the process of creating a parametric model of the mast section meeting the specified requirements.

Keywords: spacecraft, antenna systems, deployable mast.

Актуальность работы обусловлена тенденциями в современных направлениях развития систем спутниковой связи в части увеличения размеров трансформируемых рефлекторов, а как следствие, размещения их в рабочем положении на значительном расстоянии от корпуса космического аппарата. Используемые в настоящее время устройства перевода рефлекторов из сложенного положения на космическом аппарате в требуемое положение относительно облучателя практически исчерпали свои возможности по жесткости в рабочем положении.

Критичность технологии создания высокоточных размеростабильных штанг определяется требованиями к точности положения площадки для стыковки с рефлектором и размеростабильностью штанги на протяжении 15 летнего срока активного существования:

- повторяемость раскрытия не более 0,1 мм в линейном выражении и не более 0,003° в угловом выражении;

- размеростабильности не более 1,2 мм в линейном выражении и не более 0,0078° в угловом выражении.

Критичность технологии создания длинномерных трансформируемых штанг ферменной конструкции и телескопических штанг определяется длиной штанги и требованием к жесткости в развернутом положении:

- длина (30-60) и более метров;

- частота собственных колебаний не мене 0,1 Гц.

В результате проведения обзора и патентного поиска конструкций трансформируемых ферменных

штанг, были определены основные концепции, кинематические схемы и основные параметры разработанных на сегодняшний день ферменных трансформируемых штанг, которые могут использоваться в качестве средств выдвижения или отодвижения для антенных система космического аппарата.

В качестве прототипа для разрабатываемой длинномерной трансформируемой штанги ферменной конструкции было решено использовать концепцию жесткой шарнирной ферменной штанги.

Используя принципы выбранной концепции возможно формировать длинномерные штанги с высокими показателями жесткости, размеростабильность и повторяемости раскрытия. Также данная концепция подразумевает использование жестких силовых элементов в виде композитных труб, соединенных фитингами, в случае горизонтальных площадок, и шарнирными узлами между вертикальными звеньями.

Создание параметрической модели сборки секции трансформируемой штанги позволит быстро изменять геометрию конструкции. Что позволяет разрабатывать конструкцию без привязки к определенной геометрии. Таким образом, при наличии исходных данных без определенных геометрических требований, целесообразно спроектировать параметрическую модель, все элементы которой, будут способны перестраиваться в зависимости от заданных исходных данных. На рисунке, а изображена параметрическая модель штанги, с изображением взаимозависимых параметров, настраиваемых пользователем.

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

Параметрическая и твердотельная модели секции штанги

При дальнейшем анализе готовой модели на жесткость, размеростабильность и повторяемость раскрытия возможно изменение её геометрических параметров в случае несоответствия полученных значений анализа с требуемыми.

Параметрическая модель секции штанги может быть использована как универсальный инструмент для проектов, требующих разработку длинномерных трансформируемых штанг ферменной конструкции.

Проектирование штанги проводилось в системе автоматизированного проектирования (САПР) CATIA (Computer Aided Three-dimensional Interactive Application) V5 24R.

Возможности программного аппарата CATIA позволяют импортировать созданный механизм в сборки более высокого уровня, в которых будет проводиться трехмерное твердотельное моделирование. При этом появляется возможность использовать анализ пересечений деталей во время раскрытия секции.

В качестве контекста для моделирования твердотельных элементов используется параметрическая модель сборки каркаса секции. Созданная 3D твердотельная параметрическая модель является основой для дальнейшего детального проектирования всех элементов конструкции секции длинномерной трансформируемой штанги ферменной конструкции (см. рисунок, б).

Данная модель позволяет производить быстрое изменение геометрической конфигурации секции, так как имеет широкий набор изменяемых параметров, определяющих все геометрические характеристики фермы.

Таким образом, в результате выполненной работы были обозначены основные требования к длинномерным трансформируемым штангам ферменной конструкции и проведен патентный поиск. На основе проведенного анализа выбранная типовая конструкция, максимально подходящая для решения поставленных задач. Создана параметрическая модель секции штанги, позволяющая за короткий промежуток времени получить большое количество конструктивных вариантов исполнения штанги.

References

1. Mikulas M. M., Thomson, M. State of the art and technology needs for large space structures, vol.1: New and Projected Aeronautical and Space Systems, Design Concepts, and Loads of Flight-Vehicle Materials, Structures, and Dynamics - Assessment and Future Directions. ASME, New York, 1994. Ch. 3. P. 173-238.

2. Pellegrino S. Large retractable appendages in spacecraft. Journal of Spacecraft and Rockets 32, 6 (1995), 1006-1014.

3. Jensen F., Pellegrino, S. Arm development-review of existing technologies. Tech. Rep. CUED/D-STRUCT/TR198, Department of Engineering, University of Cambridge, Cambridge, UK, 25 June, 2001.

4. Webb J. E. Deployable lattice column. United States Patent 3,486,279. Filed 30 November, 1967, Granted 30 December, 1969.

5. AEC-Able Engineering Company, Inc. http://www.aec-able.com (15 November, 2001).

© Зоммер С. А., Немчанинов С. И., 2018