Сравнение двух подходов к разработке оптимальной конструктивносиловой схемы тонкостенного размеростабильного рефлектора из углепластика Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов

References

1. Lopatin A. V., Rutkovskaya A. M. [Review of structures of modern transformable space antennas] // Vestnik SibGAU. 2007. № 2. (In Russ.).

2. FEA Simulation of Deploying Dynamics of Space Self-Deployable Antenna Truss Framework. Modeling the dynamics of disclosure truss frame transformable reflector antenna for space-based finite element / I. E. Gutovsky, A. V. Zolin, S. V. Kurkov, V. A. Panteleev, D. A. Khlebnikov et al. // Sovremennoe Mashinostroenie. Nauka i obrazovanie. 2012. № 2. P. 276-285.

3. Design and calculation of large-sized unwrapping structures with the help of software systems MSC.Software / S. S. Shchesniak, A. V. Romanov, I. V. Khitrov et al. // CADmaster. 2009. № 2-3. P. 28-36. (In Russ.).

4. Krylov A. V., Churilin S. A. Simulation of Deployment of Multi-link Closed Space Structures // Vestnik MGTU im. Baumana. «Mashinostroenie» series. «Special issue Large-sized transformable space structures

and materials for perspective rocket-space systems». 2012. № 2. P. 80-91. (In Russ.).

5. Dr. Mengliang Zhao, Prof. Fuling Guan. Deployment analysis and design of large deployable antenna structures constructed from tetrahedral truss units // 57th International Astronautical Congress. 2006.

6. Zimin V. N., Boikov V. G., Faizullin F. R. Calculation of Deployment of a Large-Sized Truss-Type Space Structure // Vestnik MGTU im. Baumana. «Mashinostroenie» series. «Special issue Large-sized transformable space structures and materials for perspective rocket-space systems». 2012. № 2. P. 5-15. (In Russ.).

7. Shaoze Yan, Lin Zhang, Yongsheng Shen. Dynamic Analysis of Deployable Structures with Clearance Connections. International Conference on Mechanical Engineering and Mechanics. October 26-28. 2005. Nanjing, China.

© ®a03ynnHH P., 2016

УДК 621.396.677.8

СРАВНЕНИЕ ДВУХ ПОДХОДОВ К РАЗРАБОТКЕ ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВОЙ СХЕМЫ ТОНКОСТЕННОГО РАЗМЕРОСТАБИЛЬНОГО РЕФЛЕКТОРА ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА

Е. К. Филина1'2*, М. Ю. Архипов2, Е. С. Голубев1'2, К. В. Михайловский1

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Российская Федерация, 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., 5 2Астрокосмический центр Учреждения Российской академии наук Физического института имени П. Н. Лебедева РАН Российская Федерация, 117997, г. Москва, ГСП-7, Профсоюзная ул., 84/32 *E-mail: filma.el@asc.rssi.ra

Сравниваются две конструктивно-силовые схемы тонкостенного размеростабильного рефлектора зеркальной космической антенны, разработанные разными подходами к моделированию: традиционным методом и методом топологической оптимизации на базе современных систем численного инженерного анализа.

Ключевые слова: размеростабильный тонкостенный рефлектор, традиционный подход к моделированию, топологическая оптимизация.

COMPARISON OF TWO APPROACHES TO STRUCTURAL ARRANGEMENT DESIGN OF THIN DIMENSIONALLY STABLE CARBON REFLECTOR

E. K. Filina1,2*, M. Ju. Arhipov2, E. S. Golubev1,2, K. V. Mihajlovskij1

1Bauman Moscow State Technical University 5/1, Baumanskaya 2-ya Street, Moscow, 105005, Russian Federation

2The Astro Space Center of Lebedev Physical Institute of Russian Academy of Sciences 84/32, Profsoyuznaya Street, Moscow, GSP-7, 117997, Russian Federation *E-mail: filina.el@asc.rssi.ru

The article concerns thin dimensionally stable carbon reflector of a space antenna and compares two structural arrangements, worked out via different approaches to modelling: traditional method and optimization topology based on modern CAE-systems.

Keywords: dimensionally stable thin reflector, traditional approach to construction modelling, topology optimization.

Рефлекторы космических антенн широко применяются для исследования космоса, обеспечения телекоммуникаций и связи между космическими аппаратами и наземными объектами [1]. К ним предъявляются все более высокие требования по геометриче-

ской точности рабочей поверхности, жесткости и температурной формостабильности. Традиционный подход к созданию конструкций, соответствующих данным требованиям, основан на том, что разработчик самостоятельно выбирает параметры геометрии и

<Тешетневс^ие чтения. 2016

формы, схему силового набора, средствами конечно-элементного анализа проводит поверочные расчеты. При необходимости он вносит корректировки в конструкцию и повторяет расчет. Поскольку применению традиционного подхода посвящено множество трудов [2-4], представляет интерес новый метод создания оптимальной конструктивно-силовой схемы (КСС) рефлектора - топологическая оптимизация на базе современных систем численного инженерного анализа. Ее особенностью является то, что в процессе расчета формируется геометрия объекта, соответствующая требуемым критериям, например, заданной жесткости при минимальном значении массы [5; 6].

В рамках представленной работы использовано два вышеуказанных подхода к проектированию тонкостенных размеростабильных рефлекторов из высокомодульного углепластика, подкрепленных ребрами жесткости. Область применения рефлекторов - спутники связи, эксплуатируемые на геостационарной орбите.

На основе традиционного подхода разработаны три КСС тонкостенного размеростабильного рефлектора. Исходя из критерия равной жесткости (низшая собственная частота конструкции в раскрытом положении - не менее 40 Гц), выделена КСС, наилучшим образом удовлетворяющая массовым характеристикам. Применением топологической оптимизации ККС создана альтернативная схема размещения подкрепляющего набора ребер, соответствующая тому же критерию жесткости.

Для обеих полученных схем проведен прочностной расчет конструкции на нагрузки выведения, проанализировано напряженно-деформированное состояние, обусловленное градиентом температур при орбитальном функционировании. Осуществлено сравнение массовых характеристик, величин термодеформаций КСС, полученных двумя различными подходами.

Библиографические ссылки

1. Rao S., Shafai L., Sharma S. Handbook of Reflector Antennas and Feed Systems // Artech House, 2013. Vol. III. P. 13-75.

2. Жирнова Е. А., Банщикова M. Н. Робастное проектирование при изготовлении прецизионных антен-

ных рефлекторов из полимерных композиционных материалов // Решетневские чтения : материалы XVII Междунар. науч. конф. (12-14 ноября 2013, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. С. 411-413.

3. Yoder P. Jr., Vukobratovich D. Opto-Mechanical Systems Design. Design and Analysis of OptoMechanical Assemblies // Taylor & Francis Group, 2015. Vol. 1. 728 p.

4. Imbriale W. A. Space Antenna Handbook / W. A. Imbriale, S. Gao, L. Boccia // John Wiley & Sons,

2012. 744 p.

5. Bendsoe M. P., Sigmund O. Topology Optimization - Theory, Methods and Applications // Springer, 2003. Vol. XIV. 370 p.

6. Ansys Inc. ANSYS Theory Manual, версия 17.0, 2016.

References

1. Rao S. Handbook of Reflector Antennas and Feed Systems / S. Rao, L. Shafai, S. Sharma // Artech House,

2013. Vol. III. P. 13-75.

2. Zhirnova E. A., Banshchikova M. N. [Robust design to manufacture precision reflector antenna of polymer composites] // Materialy XVII Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XVII Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2013. P. 411-413. (In Russ.).

3. Yoder P., Jr. Opto-Mechanical Systems Design. Design and Analysis of Opto-Mechanical Assemblies / P. Yoder, Jr., D. Vukobratovich // Taylor & Francis Group, 2015. Vol. 1. 728 p.

4. Imbriale W. A. Space Antenna Handbook / W. A. Imbriale, S. Gao, L. Boccia // John Wiley & Sons, 2012. 744 p.

5. Bendsoe M. P. Topology Optimization - Theory, Methods and Applications / M. P. Bendsoe, O. Sigmund // Springer, 2003. Vol. XIV. 370 p.

6. Ansys Inc. ANSYS Theory Manual, version 17.0, 2016.

© Филина E. К., Архипов М. Ю., Голубев E. С., Михайловский К. В., 2016

УДК 629.76/78.064

ОБЗОР ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СОВРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Т. Г. Хадкевич, А. В. Токарев, Р. О. Уланов

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: hadkevic@mail.ru

Представлен краткий обзор основных характеристик электромеханических приводов. Проведен механический анализ линейного привода.

Ключевые слова: электромеханический привод, шариковинтовая передача, роликовинтовая передача.