Процесс верификации как неотъемлемая часть создания космического аппарата Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Секция

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ»

УДК 629.7.018

Д. Ф. Баляков, Д. В. Егоров, Н. Н. Широкова Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ПРОЦЕСС ВЕРИФИКАЦИИ КАК НЕОТЪЕМЛЕМАЯ ЧАСТЬ СОЗДАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Важное место в процессе конструирования космических аппаратов отводится задачам их квалификации, которые состоят в том, что бы провести испытания спутников наиболее эффективно, быстрее и дешевле.

Для обеспечения максимально точного и подробного описания упругих характеристик конструкции космического аппарата и получения прогнозов его нагружения используется расчетная модель, построенная на основе метода конечных элементов.

Конечно-элементный анализ, представляет конструкцию космического аппарата состоящей из множества различных конструктивных элементов связанных друг с другом либо дискретно, либо постоянно. Если элементы конструкции соединены между собой дискретным соединениями, собранная конструкция может анализироваться при условии, что известно отношение «сила-перемещение», для каждого элемента. Если элементы конструкции соединены постоянно, что является эквивалентом бесконечного соединения точек, типа пластин и оболочек, возникает проблема в ее численном решении [1].

Эту проблему позволяет решить метод конечных элементов, когда континуум подразделяется на элементы которые взаимосвязаны только в конечном количестве узловых точек, в которых возникает некая воображаемая сила, представленная для распределенных напряжений, действующих на границы элементов.

Поэтому при проектировании космических аппаратов особое значение уделяется разработке математической модели аппарата, адекватно описывающей его механически свойства, что возможно в сочетании с экспериментом и методами идентификации параметров конструкции космического аппарата. Используя конечно-элементную модель космического аппарата, на основании синусоидального анализа, можно так же оптимально определить места установки акселерометров при проведении вибрационных испытаний, на внешние механические воздействия, обусловленными нагрузками средств выведения, а так же получить прогнозы откликов ускорений в местах установки акселерометров.

Основываясь на критерии проектирования конструкции, следует учитывать, что нагрузки при запуске имеют статистические разбросы от запуска к запуску. Следовательно, статистические характеристики используются для определения нагрузок при запуске. Максимальные летные нагрузки имеют расчетную вероятность 97,7 % при 50 % доверительности, исходя из одностороннего предела допустимости.

модели космического аппарата

Повторный анализ и

обновление КЭМ КА

Процесс верификации КЭ модели

Секция «Проектирование и производство летательньк аппаратов»

Продолжительность нагрузок получается при учете их номинальной длительности во время полета. Расчетные нагрузки получаются путем умножения максимальных летных нагрузок на коэффициент безопасности равный 1,5 [2].

Исходя из этого, точность результатов прогнозов зависит в большей степени от сложности моделируемой конструкции и используемой процедуры моделирования.

Схема проведения исследований и шагов для верификации конечно-элементной модели космического аппарата и обеспечения лучшего понимания динамического поведения, представлена на рисунке.

Библиографические ссылки

1. Соловьева Т. И., Шатров А. К. Комплексный подход к анализу динамического поведения спутников. Вестник СибГАУ. 2007. Вып. 2(15). 206 с.

2. Чеботарев В. Е., Косенко В. Е. Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения : учебное пособие ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. 488 с.

© Баляков Д. Ф., Егоров Д. В., Широкова Н. Н., 2014

УДК 621.793.1.06-05

А. А. Брокс, С. А. Ильяшевич Научный руководитель - И. И. Хоменко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

НАНЕСЕНИЕ ТОКОПРОВОДЯЩЕГО СЛОЯ НА ВОЛНОВОДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ВАКУУМНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Предложен способ, позволяющий повысить качество покрытия внутреннего канала волновода и повысить повторяемость выпускаемой продукции, снизить трудоемкость изготовления.

Волноводы используются в различных радиотехнических устройствах для передачи электромагнитных колебаний. Они представляют собой металлические трубки круглого или прямоугольного сечения, внутри которых распространяются электромагнитные волны. Основными параметрами волноводов являются высокая точность размеров и высокий класс обработки внутренних поверхностей.

В настоящее время существуют различные способы изготовления волноводов такие как: порошковая металлургия, точное литьё, формообразование с использованием низкотемпературной плазмы и некоторые другие методы изготовления.

Обычно при производстве волноводов различными способами изготавливается канал, а затем на внутреннюю поверхность гальваническим методом наносится покрытие, обеспечивающее необходимые характеристики. Однако сложные, малые и изогнутые конфигурации покрыть трудно или невозможно, а также при гальваническом нанесении покрытия есть место насыщение водородом и неравномерность покрытия, что ведет к снижению плотности покрытия и адгезионной прочности. Для улучшения характеристик и снижения трудозатрат при изготовлении волноводов в нашей работе предлагается использовать метод комбинированной металлизации, который включает следующие этапы:

1) изготовление оправки волновода из алюминиевых сплавов;

2) нанесение слоя серебра на оправку вакуумным методом;

3) наращивание корпуса волновода методом гальванопластики;

4) вытравливание алюминиевой оправки.

Таким образом, за основу изготовления волновода берется технология электролитического формообра-

зования [1], однако сам процесс формообразования слоев выполняется вакуумной металлизацией.

Оправка изготавливается с высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхности. В качестве материала выбирается сплав алюминия. Механическая обработка по заданным размерам включает точение и шлифование. Шероховатость поверхности оправки должна составлять не менее Яа = 0,08 мкм.

Затем оправка помещается в вакуумную камеру, производится обработка оправки в тлеющем разряде при остаточном давлении 1х10-2-1х10-3 мм рт. ст. в течение 20-25 минут. Методом термического испарения на оправку наносится слой серебра толщиной до 10 мкм, который включает нагревание оправки до температуры 200-250 оС

По мере стабилизации вакуума и достижения давления 5*10-5 мм рт. ст. начинается испарение серебра, при этом ток нагревателя - 380^390 А, температура испарителя - 1000^1100 оС, время испарения 40^50 мин. Далее оправка остывает в среде вакуума до температуры 30-40 оС, и извлекается из камеры [2].

Для наращивания корпуса волновода производится осаждение меди требуемой толщины на оправку гальванопластическим методом, при этом медный электролит для гальванопластических работ приготовляется на основе медного купороса с добавкой серной кислоты, повышающей электропроводность электролита [3-5]. Для медного электролита используется сульфат меди (медный купорос) - на 1 л воды 150-180 г. Растворение сульфата меди лучше всего производить в воде при / = 60-80 оС. После полного охлаждения раствора до температуры / = 30-40 оС электролит фильтруется через ткань и затем в него осторожно вливается серная кислота. В медных сульфатных ваннах содержание серной кислоты поддер-