Силовая рама как элемент конструкции крупногабаритного рефлектора Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

УДК 621.396.67

СИЛОВАЯ РАМА КАК ЭЛЕМЕНТ КОНСТРУКЦИИ КРУПНОГАБАРИТНОГО РЕФЛЕКТОРА

С. C. Кочеткова*, В. Е. Чичурин, В. В. Лайзан, В. В. Болгов, В. Б. Тайгин

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

Е-mail: cot.0312@mail.ru

Для современных космических аппаратов необходимы антенны с высокой прецизионной точностью отражающей поверхности, для выполнения поставленных задач приходится искать новые конструкторско-технологические решения. Раскрыта технология изготовления силовой рамы, входящей в состав рефлектора.

Ключевые слова: рефлектор, вытравляемая оснастка, препрег, силовая рама, углепластик.

LOAD FRAME AS THE STRUCTURE MEMBER OF THE LARGE-SIZED REFLECTOR S. S. Kochetkova*, V. E. Chichurin, V. V. Laizan, V. V. Bolgov, V. B. Taygin

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation

Е-mail: cot.0312@mail.ru

Antennas with a high precision accuracy of the reflecting surface for modern space craft are needed and new design and engineering solutions must be sought for implementation of the tasks. The manufacturing technology of the load frame which is a part of the reflector is disclosed in this article.

Keywords: reflector, etched facility, prepreg, load frame, carbon fibre reinforced plastic.

К современным системам спутниковой связи предъявляются высокие требования к радиотехническим характеристикам антенн и составляющим их рефлекторам, которые используются в составе космического аппарата (КА) [1].

К антеннам космических аппаратов предъявляются высокие требования: жесткие ограничения по массе, жесткие требования к точности и размеростабильности.

На данный момент в конструкциях и технологиях изготовления рефлекторов нашли широкое применение сэндвич конструкции, состоящие из двух тонкостенных обшивок, соединенных между собой при помощи клеевого слоя через сотовый заполнитель [2]. При эксплуатации рефлектора возникает тепловое напряжение, которое появляется вследствие поглощения части энергии, что в свою очередь вызывает неравномерный нагрев и искажение рабочей поверхности (тепловые деформации).

Для устранения влияния внешних факторов необходимо минимизировать применение разнородных материалов в конструкциях и технологиях изготовления рефлектора, поэтому применена тонкая трехслойная сотовая конструкции отражающей поверхности и жесткая силовой рамы.

Конструкция прецизионного крупногабаритного рефлектора должна иметь:

- высокую точность отражающей поверхности;

- высокую стабильность геометрических размеров при работе в условиях космического пространства;

- минимальную поверхностную массу.

Задачей настоящей работы является изготовление рефлектора с силовой рамой, обеспечивающей высокую жесткость конструкции.

Существующие конструкции сотовых рефлекторов можно условно разделит на две группы [3-5]:

- с тонкой сэндвич конструкцией рефлектора, к которому с тыльной стороны приклеены силовые ребра (рис. 1).

- с тонкой сэндвич конструкцией рефлектора, к которому с тыльной стороны приклеена силовая рама при помощи пластин и уголков (рис. 2).

Отражатель рефлектор конструктивно выполнен в виде трехслойной сотовой конструкции. Высокие удельные жесткости оболочек обеспечиваются применяемым препрегом из равнопрочной ткани на основе высокомодульного волокна в качестве заполнителя используется алюминиевый сотовый заполнитель с минимальной высотой сводящий к минимуму влияние применения различных материалов при эксплуатации.

Силовая рама, поддерживающая рефлектор представляет собой трубу прямоугольного сечения в зависимости от требуемых задач по креплению к КА и рефлектору ее конфигурация может сильно видоизменятся. Внешний вид рамы с рефлектором представлен на рис. 3.

Силовая рама изготавливается с применением препрега из равнопрочной ткани на основе высокомодульного угольного волокна, по вкуумно - автоклавной технологии с использованием вытравляемой оснастки.

Процесс изготовления начинается с подготовки формующей оснастки, которая определенным образом зачищается, обезжиривается и сушится. Эти операции направлены дляобеспечения максимальной адгезии препрега и приспособления.

Решетневскуе чтения. 2018

Следующий этап - подготовленный препрег раскраивают на заготовки требуемой конфигурации. Методом ручной выкладки производится послойная выкладка нарезанных заготовок на приспособление по заданным углам ориентации, строго определенным образом чередуя заданное количество слоев.

Приспособление с уложенным препрегом помещается в вакуумный мешок и вакуумируется и проводится предварительная полимеризация в автоклаве с избыточным давлением и с температурой ниже температуры стеклования.

Следующим шагом происходит удаление алюми-невой оправки. После удаления приспособления производится окончательная полимеризация рамы, при этом температура поднимается выше точки стеклования.

В результате получаем силовую раму для поддержания рефлектора. Также данная конструкция имеет температурную и механическую развязку высокоточного отражателя и рамы и обладает улучшенными массовыми характеристиками при высокой жесткости и прочности конструкции.

Библиографические ссылки

1. Бахрах Л. Д., Галимов Г. К. Зеркальные сканирующие антенны. Теория и методы расчета. М. : Наука, 1981. С. 15-30.

2. Пат. 2070355 Российская Федерация, МПК7 И01р15/16. Рефлектор антенны / Лепикаш Е. Р., Обухова Н. С., Зисман А. С. № 9300271 ; заявл. 15.01.1993 ; опубл. 10.12.1996. 7 с.: ил.

3. Пат. 2563198 Российской Федерации, МПК И01Р15/16. Способ изготовления рефлектора / Чичу-рин В. Е., Наговицин А. В., Патраев Е. В., Данилов В. Е., Михнев М. М.; заявитель и патентообладатель Акционерное общество «ИСС» им. акад. М. Ф. Решетне-

ва». № 2013155354 заявл. 12.12.2013; опубл. 20.09.2015, Бюл. № 36. 5 с.: ил.

4. Nicolas Elie, Alain Lacombe, Stephan Baril. Ultralight reflectors: a high-performance and industrial concept for commercial telecom antennas. Paris, EADS 28th ESA Workshop. P. 3-6.

5. Пат. 2655473 Российской Федерации, МПК H01Q15/16, H01Q1/12. Рефлектор / Белов О. А., Берд-никова Н. А., Иванов А. В., Чичурин В. Е.; заявитель и патентообладатель Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос». № 2017120285 ; заявл. 08.06.2017; опубл. 28.05.2018, Бюл. № 16. 8 с.: ил

References

1. Bakhrakh L. D., Galimov G. K. Zerkabnye skaniruyushchie antenny. Teoriya i metody rascheta. [Mirror scanning antennas. Theory and methods of calculation]. Moscow, Nauka Publ., 1981. P. 15-30.

2. Lepikash E. R., Obukhova N. S., Zisman A. S. Reflektor antenny [Antenna reflector]. Patent RF, No. 2070355, 1993.

3. Chichurin V. E., Nagovitsin A. V., Patrayev E. V., Danilov V. E., Mikhnev M. M. Sposob izgotovlenija re-flektora. [Way of production of a reflector]. Patent RF, no. 2563198, 2013.

4. Nicolas Elie, Alain Lacombe, Stephan Baril. Ultralight reflectors: a high-performance and industrial concept for commercial telecom antennas. Paris, EADS 28th ESA Workshop. P. 3-6.

5. Belov O. A., Berdnikova N. A., Ivanov A. V., Chichurin V. E. Reflektor [Reflektor]. Patent RF, 2017. No. 2655473.

© Кочеткова C. C. , Чичурин В. Е., Лайзан В. В., Болгов В. В., Тайгин В. Б., 2018