Научная статья на тему 'Тепломеханическое поведение формообразующей оснастки из композиционных материалов для рефлектора антенны космического аппарата'

Тепломеханическое поведение формообразующей оснастки из композиционных материалов для рефлектора антенны космического аппарата Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
311
84
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АНТЕННА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА / КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ / ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА / ТЕПЛОВОЙ АНАЛИЗ / SPACECRAFT ANTENNA / COMPOSITE MATERIAL / TOOL / THERMAL ANALYSES

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Бердникова Н.А., Белов О.А., Бабкин А.В., Белов Д.А.

Изготовление изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов (ПКМ) происходит на оснастке, геометрия которой повторяет геометрию изделия. На формообразующую оснастку выкладывают материал, затем проводят его полимеризацию при определенном давлении и температуре, которая может доходить до 200 °С. В связи с этим наиболее сложной проблемой при формовании высокоточных изделий из ПКМ является возникновение температурных деформаций в процессе полимеризации. Многие годы в производстве высокоточных изделий из ПКМ преобладали металлические гибридные оснастки. Гибридная оснастка имеет формообразующую плиту из инвара (сплав на основе никеля, имеющий КЛТР, близкий к нулю) и опорную структуру из другого металла, как правило, чугуна. Недостатками металлических оснасток являются высокая стоимость, низкий коэффициент использования материала и долговременный цикл изготовления. Следующим шагом в развитии технологических оснасток для формования высокоточных изделий из ПКМ стало создание композитных формообразующих оснасток. В производстве таких оснасток применяют стеклои углепластики. На поверхность оснастки может быть нанесен размероточный слой керамики или гелькоута, который обеспечивает минимальную шероховатость, ремонтопригодность и увеличивает количество съемов изделий. В композитных оснастках отсутствуют недостатки металлических, однако остается ряд нерешенных задач, таких как повышение конструкционной жесткости и снижение тепловых деформаций во время цикла полимеризации. Предлагается конструкция технологической оснастки из углепластикового композиционного материала для создания рефлектора антенны космического аппарата. Главными требованиями к такой оснастке являются точность и геометрическая стабильность формообразующей поверхности. Для подтверждения правильности конструктивных решений приводится тепловой и статический анализ оснастки методом конечных элементов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Бердникова Н.А., Белов О.А., Бабкин А.В., Белов Д.А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Thermo-mechanical behavior of FORM-BUILDING EQUIPMENT FROM composite MATERIAL for reflector OF spacecraft antenna

Complex shape composite parts are made using a mould having the same shape as the part. First, the material is laid upon the mould, and then it is polymerised at certain pressure and temperature that may reach 200°C. Therefore, the most significant problem of high-precision composite parts shaping is thermal distortion occurring during polymerisation. For many years, metal hybrid moulds have prevailed in high-precision composite parts manufacturing. A hybrid mould has invar (nickel alloy whose CLTE is close to zero) shaping plate and a support structure made of some other metal of good thermal conductivity. The attachment elements between the shaping plate and support structure allow their unrestricted expansion. Disadvantage of metal moulds are high cost, low material utilisation ratio and long manufacturing cycle. The next step in evolution of moulds for high-precision composite parts was the composite mould. Glass and carbon fibres are used for these moulds. Mould surface may be covered with a layer of ceramic or gel coat of precise thickness, which will minimise roughness, improve maintainability and increase allowable number of item separations from the mould. Composite moulds are free of disadvantages typical for metal moulds, but a number of design issues still remain, such as increase of rigidity and decrease thermal deformations during cure. This paper proposes a design of carbon composite mould for satellite antenna reflector. The main requirements for this mould are precision and stability of the shaping surface. Design solutions are validated by thermal and static mechanical analyses base on finite element method.

Текст научной работы на тему «Тепломеханическое поведение формообразующей оснастки из композиционных материалов для рефлектора антенны космического аппарата»

УДК 629.396.677

Вестник СибГАУ Том 17, № 4. С. 923-929

ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ ФОРМООБРАЗУЮЩЕЙ ОСНАСТКИ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РЕФЛЕКТОРА АНТЕННЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Н. А. Бердникова 1 2*, О. А. Белов 1, А. В. Бабкин 3' 4, Д. А. Белов 3' 4

1 АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 3ЗАО «Институт новых углеродных материалов и технологий» Российская Федерация, 119991, г. Москва, Ленинские горы, 1, стр. 11 4Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова Российская Федерация, 119991, г. Москва, Ленинские горы, 1 *E-mail: berdnikova-nataly@mail.ru

Изготовление изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов (ПКМ) происходит на оснастке, геометрия которой повторяет геометрию изделия. На формообразующую оснастку выкладывают материал, затем проводят его полимеризацию при определенном давлении и температуре, которая может доходить до 200 °С. В связи с этим наиболее сложной проблемой при формовании высокоточных изделий из ПКМ является возникновение температурных деформаций в процессе полимеризации.

Многие годы в производстве высокоточных изделий из ПКМ преобладали металлические гибридные оснастки. Гибридная оснастка имеет формообразующую плиту из инвара (сплав на основе никеля, имеющий КЛТР, близкий к нулю) и опорную структуру из другого металла, как правило, чугуна. Недостатками металлических оснасток являются высокая стоимость, низкий коэффициент использования материала и долговременный цикл изготовления.

Следующим шагом в развитии технологических оснасток для формования высокоточных изделий из ПКМ стало создание композитных формообразующих оснасток. В производстве таких оснасток применяют стекло-и углепластики. На поверхность оснастки может быть нанесен размероточный слой керамики или гелькоута, который обеспечивает минимальную шероховатость, ремонтопригодность и увеличивает количество съемов изделий. В композитных оснастках отсутствуют недостатки металлических, однако остается ряд нерешенных задач, таких как повышение конструкционной жесткости и снижение тепловых деформаций во время цикла полимеризации.

Предлагается конструкция технологической оснастки из углепластикового композиционного материала для создания рефлектора антенны космического аппарата. Главными требованиями к такой оснастке являются точность и геометрическая стабильность формообразующей поверхности. Для подтверждения правильности конструктивных решений приводится тепловой и статический анализ оснастки методом конечных элементов.

Ключевые слова: антенна космического аппарата, композиционный материал, технологическая оснастка, тепловой анализ.

Sibirskii Gosudarstvennyi Aerokosmicheskii Universitet imeni Akademika M. F. Reshetneva. Vestnik Vol. 17, No. 4, P. 923-929

THERMO-MECHANICAL BEHAVIOR OF FORM-BUILDING EQUIPMENT FROM COMPOSITE MATERIAL FOR REFLECTOR OF SPACECRAFT ANTENNA

N. A. Berdnikova 1 2*, О. А. Belov 1, A. V. Babkin 4, D. A. Belov 3 4

1JSC "Information satellite system" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

3CJSC "Institute of new carbon materials and technologies" 1/ 11, Leninskie Gory, Moskow, 119991, Russian Federation 4Lomonosov Moskow State University 1, Leninskie Gory, Moskow, 119991, Russian Federation *E-mail: berdnikova-nataly@mail.ru

Complex shape composite parts are made using a mould having the same shape as the part. First, the material is laid upon the mould, and then it is polymerised at certain pressure and temperature that may reach 200°C. Therefore, the most significant problem of high-precision composite parts shaping is thermal distortion occurring during polymerisation.

For many years, metal hybrid moulds have prevailed in high-precision composite parts manufacturing. A hybrid mould has invar (nickel alloy whose CLTE is close to zero) shaping plate and a support structure made of some other metal of good thermal conductivity. The attachment elements between the shaping plate and support structure allow their unrestricted expansion. Disadvantage of metal moulds are high cost, low material utilisation ratio and long manufacturing cycle.

The next step in evolution of moulds for high-precision composite parts was the composite mould. Glass and carbon fibres are used for these moulds. Mould surface may be covered with a layer of ceramic or gel coat of precise thickness, which will minimise roughness, improve maintainability and increase allowable number of item separations from the mould. Composite moulds are free of disadvantages typical for metal moulds, but a number of design issues still remain, such as increase of rigidity and decrease thermal deformations during cure.

This paper proposes a design of carbon composite mould for satellite antenna reflector. The main requirements for this mould are precision and stability of the shaping surface. Design solutions are validated by thermal and static mechanical analyses base on finite element method.

Keywords: spacecraft antenna, composite material, tool, thermal analyses.

Введение. Одной из главных тенденций развития современной техники является переход от металлов и сплавов к композиционным материалам [1]. Область применения полимерных композиционных материалов (ПКМ) с каждым годом расширяется. Отдельно стоит выделить область создания высокоточных космических конструкций, например, бортовых антенных систем. Освоение высоких диапазонов частот бортовых антенных систем влечет за собой повышение требований к геометрической точности антенны [2]. Основным элементом антенны является рефлектор. Диаграмма направленности антенны зависит от точности и размеростабильности рефлектора [3; 4].

Высокие требования к точности формы рефлектора и жесткие ограничения по массе антенны обусловливают использование конструкционного материала, имеющего предельно низкий коэффициент теплового расширения, высокие удельные характеристики прочности и жесткости, малую плотность, сопротивляемость длительным статическим и динамическим нагрузкам, возможность эксплуатации в условиях высоких и низких температур. Материалом такого класса является углепластиковый композиционный материал (УКМ) [5-9].

Изготовление углепластикового рефлектора осуществляется вакуумно-автоклавным методом формования при температуре до 190 °С. Геометрическая форма рефлектора обеспечивается формообразующей оснасткой, как металлической, так и композитной [10-13]. При этом использование композитных оснасток в производстве рефлекторов из УКМ имеет ряд преимуществ. К ним относится меньшая стоимость и время изготовления, снижение остаточных напряжений в рефлекторе, ремонтопригодность [14].

Из вышесказанного можно сделать вывод о том, что требования к формообразующей оснастке для вы-

сокоточного рефлектора сводятся к двум основным аспектам. Во-первых, оснастка должна иметь жесткость, достаточную для сохранения формы в переделах заданных допусков, во-вторых оснастка должна иметь минимальные температурные деформации на протяжении цикла полимеризации. Помимо этого конструкция оснастки должна обеспечивать доступ тепловых потоков к формообразующей поверхности для осуществления равномерного прогрева рефлектора. Эти требования определили использование угле-пластикового композиционного материала для создания высокоточной оснастки.

Проводимые в работе исследования направлены на решение задачи поиска компромисса между жесткостью оснастки, минимальными тепловыми деформациями и обеспечением доступа тепловых потоков.

В работе предлагается конструкция и технология изготовления углепластиковой формообразующей оснастки для рефлектора Ки-диапазона диаметром 1,2 м.

Конструкция композитной формообразующей оснастки. Функциональное назначение формообразующей оснастки заключается в обеспечении заданной геометрии изделия с технологическим припуском. Также оснастка должна иметь область для установки вакуумного мешка и других технологических вспомогательных элементов. Исходя их этого, конструкция оснастки содержит формообразующую поверхность с припуском, которая переходит в плоскую часть (рис. 1). Жесткость конструкции придают отбортовка и ребро жесткости, установленное на прямой части вдоль линии, эквидистантной границе перехода параболической части в прямолинейную.

Все конструктивные элементы, перечисленные выше, изготавливаются из композиционного материала на основе углеродного волокна. Это могут быть как однонаправленные ленты, так и ткань.

В качестве опорной структуры предлагается использовать набор ребер. Ребра собираются между собой через пазы. Каждое ребро имеет уникальную форму, определяемую зоной установки ребра. На рис. 2 показаны три типа ребра. В собранном виде ребра образуют ячеистую структуру с треугольной ячейкой (рис. 3). Предположительно, в ячейках оснастки будут формироваться завихрения тепловых потоков и обеспечиваться прогрев оснастки с тыльной стороны. Здесь необходимо помнить, что оснастку нельзя устанавливать на плоскость, чтобы не перекрывать доступ воздушных потоков внутрь реберной структуры.

Тепломеханический анализ. Для проверки цикла производства и эксплуатации проведено конечно-элементное моделирование оснастки.

Механический анализ оснастки проводился с помощью конечно-элементного решателя NX Nastran. В модели использовалось 8050 элементов типа Laminate [15]. Граничные условия представлены ограничением по 3-6 степеням свободы. Отметим, что ось Z оснастки соответствует направлению действия силы тяжести.

Определение высоты ребра жесткости происходило на модели оснастки без ребер. Высота ребра подбиралась, исходя из величины первого тона собственных колебаний формообразующей поверхности (рис. 4).

Как видно из графика, ребро жесткости увеличивает собственную частоту колебаний формообразующей поверхности почти в 2 раза. При этом увеличение или уменьшение ребра относительно 70 мм приводит к ухудшению результатов.

Анализ тепловых деформаций проведен в Abaqus. К формообразующей оболочке без ребер была приложена нагрузка в виде температуры 120 °С. Как видно из рис. 5, тепловые деформации оболочки не превышают 80 мкм.

После этого с тыльной стороны оболочки была установлена реберная структура на жесткий контакт. Высота самой низкой части ребра составляет 300 мм. Картина деформаций формообразующей поверхности оснастки под собственным весом представлена на рис. 6. Максимальный прогиб оболочки не превышает 3 ■ 10-7 м. Увеличение неконструктивной массы формообразующей оболочки на 100 кг увеличивает максимальный прогиб до 1 ■ 10-6 м.

При эксплуатации оснастки возможно увеличенное давление формования (до 6 атм) и установка дополнительного технологического оборудования.

В случае нагрева оснастки до 120 °С наблюдается сильное искажение формы, как показано на рис. 7.

Искажение геометрии происходит в связи с большим КЛТР материала оснастки и ребер перпендикулярно направлению укладки слоев. Ребра начинают «расталкивать» друг друга, что приводит к искажению формообразующей поверхности оснастки.

Таким образом, для обеспечения жесткости опорная реберная структура должна иметь механический контакт с формообразующей частью, но не должна быть жестко скреплена с ней, в связи с большими тепловыми деформациями. Такое соединение может быть обеспечено путем склеивания деталей силиконовым клеем-герметиком.

Технология изготовления композитной формообразующей оснастки. Оснастка изготавливается следующим образом. На рабочую поверхность мастер-модели (рис. 8) выкладывают слои углеродного материала с учетом углов ориентации в количестве, необходимом для конструкции формообразующей поверхности оснастки. Затем осуществляют пропитку армирующего наполнителя связующим и проводят предварительное отверждение (рис. 9).

Следует отметить, что пропитка может быть осуществлена любыми методами, такими, например, как ручная выкладка и пропитка, получение препрега для дальнейшего вакуумного формования.

На полученную формообразующую поверхность устанавливают ребро жесткости из слоев углеродных волокон в виде ткани, однонаправленной ленты и т. д., выложенных с заданными углами ориентации, и матрицу, форма которой повторяет профиль ребра жесткости. Матрица не только задает форму ребру жесткости, но и позволяет лучше пропрессовать материал. Затем осуществляют пропитку и предварительное отверждение.

Далее, не демонтируя формообразующую поверхность с ребром жесткости с мастер-модели, устанавливают реберную структуру и закрепляют через силиконовый клей-герметик (рис. 10).

Опорная структура выполняет функцию поддерживания формообразующей поверхности и может быть выполнена из других материалов, таких как металл, стеклопластик и т. д.

После снятия оснастки с мастер-модели проводят окончательное отверждение и механическую обработку (рис. 11).

Окончательной стадией изготовления оснастки был её обмер на контрольно-измерительном оборудовании (рис. 12). Среднеквадратичное отклонение рабочей поверхности оснастки составляет 15 мкм, что соответствует требованиям, предъявляемым к высокоточному технологическому оснащению.

Рис. 1. Формообразующая часть оснастки: 1 - формообразующая оболочка со вспомогательной поверхностью и отбортовкой; 2 - ребро жесткости

Рис. 2. Ребра композитной оснастки

Рис. 3. Оснастка

Рис. 4. Зависимость величины собственной частоты колебаний формообразующей оболочки от высоты ребра жесткости

и, КадпИийе

1*4.80«-04 ♦4.40*-04

+4.00С-04 »3.60е-04

+2.80е-04 + 2,40е-04 +2.00*04

*1.60*-04 ♦ 1,20в-04 ♦80СИ-05 »4.00*05 +0.00е+00

Рис. 5. Картина тепловых деформаций

Рис. 6. Картина деформаций оснастки под собственным весом

Рис. 7. Картина деформаций оснастки с приформованной реберной структурой

Рис. 8. Мастер-модель Рис. 9. Тыльная сторона формообразующей поверхности

оснастки после пропитки смолой и предварительного отверждения

Рис. 10. Оснастка на мастер-модели

Рис. 11. Оснастка после механической обработки

Г

..:ïehe:i::

sai iiinn ■ ■

■I!!iH3IDERS!i

В ВВВИИИИИИИ И ■ ■ • .'ВВВВВИВНВВ В ■

ввв кэквл: Ввввв ввв ■

■ ааВвВвВввВВвИ.-ай: ■ вв аава» I ■■■■ ПИ I;E!313

■ ■■■■■вввлд .в :ИИИИИИ И -И

I:::::::::::::::::::::-: :■

• ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■и 3 .

■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■я

рввввввввинииииииииинвиаиии 3 ■■■■■■■■■ininilllllllllll ■

■■■■■■■ ■■■

■in bbbbbbbbsiEbsb

■■■■ впвавпаав ыа ■■■Iidsbb ■■■■ вввавалвВБЕвВввааЕааа

ВВВВИ«ВВВ ■■■■■ ШВ1НВ1

■■ввв вввв 111П1 ввивав ' ВВВВ ■ ■■■■ . ВВВВВ в ввв

ивиинвввваясшввввиввв^авв вавввввва внаа ввивав ввв вввв В авв ввавввввав ввввв

■ I lUIIIIIBI в

вавв .ввввв вввавввиввввввави

■ ВВВВВ 'ВВВ ВВВBLB I в ■■■лап

вввваавВва ввиииививииввииивв □ Liaа яшм вв ЗваавЕввввввввавв вввввввввв в вввввввввввввввва вввввввааа ввавввввввавввввваав вавва вввв ■ ■■■■■ии_!вав ■■■□□□ вввввв вв в в ■ авВвЗвввввввввав вввввввввв вв : вваававввввваавв ■■■■■■■■■■ icy вавваввавввввваавв ^__ ВВВВВВВВВ В - ВВВ ВВ В ВВ В В В В В S3 В В В В

ЧЯПЧЦЧТпШЛ'ЯЩШВИЕЛЕЕЕПЯЕЯ ■■ ■ ■

Ч1^П11-Ц1М*Ы|ДД1Ь**1Цм^и5<ЦЫЯЩШ11 Вввввв. аавваввваввавввввввввввввв

В В ВВВВ ВВВ ВВВВВ ВВВВВВВВВ В ВИВИИВ ВВИЛ ПГП _;. ; BBBI I IB' ввв

- - ■ В В Ml L ВВВВВВ ВВ И S --------------—ЭЯСН-----------

впгпапавваввавввввавВ в ввцввааьвввввввввввав а ■■ававввавввввввапвпп а ппгвггти.зэавввиввввв в ввввввввввввввввввввв в

в_

В В I

H BBI

3 S" !

BBBBfll__________________

ВВВВВВВВ И И ВВ (."ПН

1ИИИИИИ- ВВВ в в I ВВВ ШВЕ Г В В В ВВ _|1Т в я m m я и ив

IBBBBBBBВВВВВИИВВИВИНИ в ibbbbbb- в вв в ' jhbb 1ВГГВГВ ".вг а а ав а 1ввввввввввввввввввавЕ в iвввивни lb и. и в jhbbbb ■ в а а вв вв IВВВВВ ВВ ВВВВВ ВВВВВВВВВ в I ВВВВВ ИИИИИВИВ'В 1ВВВИВ BL В В . BBJJBBB-IB В ИИ и и и i ввввв Егв вв лавЕв в I В в в ■■ ВВпаавв в

IQBBBBBLB В ВВ JQ В В 1ВВВИИИИ ийввв ВВВВВВВВВ 1ВВВВВВВВВВВВВВВВВВВ в шввавиввввваввввввв в

ВИ J ВВВВВ ВВВВВ 'В' -ВВВВ ИВВВВВВ ИИИИИИИ ВВВВВВВВВВВВВВВВВВ

вввввв вввввввввв

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

--кшшяня::

в ИвВВв ВввВВВв

Bbbvi °ввви°' авв

;j| Bll.!!.'llll В

ВВВв ввв в

И ИИ~ии и «и

BBBBfll ВВВВ I вввв

BI

в; вв| В ВИ1

в в

ВГПЗВ1 В BBI

В JBI-I

нами

..........zziir ::.. '.ми

■ ■■«в ■■■■ вввввввввввввпввнвввв

■ iiuiniiiiiiiiiiiiiiioiigiillia

ВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВ ли LUI ВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВ-!В:__, i ■■

■■■■■■■■■■а ■■■■■■■■вввппвзвввИвв ■вввввввввввввввввввввввввввввввв вввввввввв •■■•■< . ■■ ■■■ ■ ■■ ■■■■■■■■■и ввввввввввппввпввввввв

■ ■■ввв ввв вв ввввв вввв в вввввв ввввввывввввввввввввввввввввввп вввввввввв вввЭввййввввввввввввв

ВВВВВВВВВВВВ ВВВВВВПВВПВВВВВВВВВ вввввввввв BBBBL.. в Вв QÎIBBBBBBB ВВВВВВ ВВ ВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВ ВВВВВВВВВВВВ ввввввввввввввввав В ВВВ ВВ ВВВВВ вв ввввв ВВВВВПВ ВВВ'- вв ВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВ ВВВВВВВВ ВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВ -ВВВВВВВВВВ ВВВВВВВВВГ^ВВВВВВВ В ВВВВВВВВВВ В' ВВВВВВВВ В ВВВВ

_ Ввввввввввв ввввввввввваввввв в вввввв вВвВв ввввввв вв вв ввв в вввв ввв ввв вввввввввввввв вввввв ввв ввввввввввввввв Si В В вв ВВ ВВВВВ ВВ DL '._ВВг вв В■ ВВВ BBBBBBBBLBBB ВВВ ВВ В ВВВВВ

В в в в ВВВВВ ВВ ВВВВ ввнввввввЕ ВВВВВВВВВВВВ :аавввввввввваввв Ввввв -ВВВВВВВВЯВВВВ В : ' ввв

Pos Max Dêv = 0.0573:mm ax 'Sv - -'ÏX 3 г" rn Meàft ïDev.i -4.O#g,-ft0'èmiTl

Std Dev = ОЛЙЙтт M Méjh Dev = lilJlÇSmm Neg:M4àfi Me -0.0115mm

Рис. 12. Отклонения рабочей поверхности оснастки от теоретического параболоида

Заключение. В результате исследований предложена конструкция и технология изготовления высокоточной композитной формообразующей оснастки из углепластика. Оснастка имеет параболическую поверхность, переходящую в плоскость, которая заканчивается отбортовкой. Плоская часть оснастки несет в себе две функции. Она используется, во-первых, для установки технологического оборудования при изготовлении рефлектора, а во-вторых, для размещения ребра жесткости, что позволяет значительно увеличить жесткость рабочей поверхности. Отсутствие на рабочей поверхности конструктивных элементов, жестко связанных с ней, позволяет свести к минимуму тепловые деформации при сохранении высокой жесткости. Использование в качестве материала оснастки углепластика позволяет наиболее эффективно решить проблему остаточных напряжений в изделии из УКМ за счет одинакового механизма возникновения и релаксации внутренних напряжений при воздействии теплового поля во время цикла полимеризации.

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ по договору № 02.G25.31.0114 в рамках выполнения комплексного проекта по постановлению Правительства № 218 (шифр 2014-218-05-8228).

Acknowledgements. This work was financially supported by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation under a contract № 02.G25.31.0114 as the part of an integrated project for the Government resolution № 218 (cipher 2014-218-05-8228).

Библиографические ссылки

1. Каблов Е. Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на

период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. C. 7-17.

2. Проектирование крупногабаритного высокоточного рефлектора антенны космического аппарата с контурной диаграммой направленности / Н. А. Берд-никова [и др.] // Вестник СибГАУ. 2016. Т. 17, № 2. C. 378-387.

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

4. Imbriale William A., Gao Steven, Boccia Luigi. Space Antenna Handbook. United Kingdom : John Wiley & Sons Ltd., 2012. P. 9; 81-83; 114.

5. Elie Nicolas, Lacombe Alain, Baril Stéphane. Ultra-light reflectors: a high-performance and industrial concept for commercial telecom antennas // EADS 28th ESA Workshop. Paris. P. 3-6.

6. Lang Michael, Baier Horst, Ernst Thomas. High precision thin shell reflectors - design concept, structural optimization and shape adjustment techniques. Germany, Institute for Light Weigh Structures. P. 5.

7. Гардымов Г. П., Мешков Е. В. Композиционные материалы в ракетно-космическом аппаратостроении. СПб. : СпецЛит. 1999. C. 10-18.

8. Wessel James K. Handbook of advanced materials: enabling new designs. A John Wiley & Sons, Inc., Publication, 2004. P. 105-211.

9. Молодцов Г. А., Биткин В. Е. Формостабиль-ные и интеллектуальные конструкции из композиционных материалов. М. : Машиностроение. 2000. С. 90-120.

10. Пат. 2090364 Российская Федерация, МПК6 B 29 C 43/20, B 29 C 33/40. Оснастка для формования изделий из полимерного композиционного материала / Обухова Н. С., Дряпочко Ю. В., Добрецова И. Н. № 94015583/25 ; заявл. 27.04.1994. 5 с.

11. Пат. 2456157 Российская Федерация, МПК6 В 29 С 33/00. Способ изготовления полимерной оснастки по моделям / Жуков А. В., Мушенко В. Д. № 2011111371/05 ; заявл. 16.03.2011, Бюл. № 20. 12 с.

12. Пат. 2480335 Российская Федерация, МПК6 В 29 С 70/44. Способ изготовления волокнистых композитов вакуумной инфузией и устройство для осуществления способа / Громашев А. Г., Гайданский А. И., Третьяков А. В., Ульянов А. В. № 2012104191/05 ; заявл. 07.02.2012, Бюл. № 12. 18 с.

13. Пат. RU 2576303 Российская Федерация, МПК6 В 29 С 33/02. Оснастка для формования изделий из полимерных композиционных материалов и способ ее изготовления / Бабкин А. В., Эрдни-Горяев Э. М., Яблокова М. Ю., Кепман А. В., Авдеев В. В. № 2014152632/05 ; заявл. 25.12.2014, Бюл. № 6. 12 с.

14. Малюгин А. С., Смирнов М. М. Разработка крупногабаритной неметаллической оснастки для формования деталей на основе полиуретанов и гибридных пластиков // Труды МАИ. 2010. № 38. C. 22-23.

15. Рудаков К. Н. Femap 10.2.0. Геометрическое и конечно-элементное моделирование конструкций. Киев : КПИ. 2011. С. 150-380.

References

1. Kablov E. N. [The strategic directions of materials development and technologies for processing them for the period up to 2030]. Aviatsionnye materialy i tekhnologii. 2012, No. S, P. 7-17 (In Russ.).

2. Berdnikova N. A., Ivanov A. V., Belov O. A., Chichyrin V. E. [Design of a large precision reflector of a spacecraft antenna with a contour directivity diagram]. Sibirsky Gosudarstvenny Aerokosmichesky Universitet imeni Akademika M. F. Reshetneva. Vestnik, 2016. Vol. 17, No. 2, P. 378-387.

3. Bakhrakh L. D., Galimov G. K. Zerkal'nye skaniruyushchie antenny. Teoriya i metody rascheta [Mirror scanning antenna. Theory and methods of calculation]. Moscow, Nauka Publ., 1981, P. 15-30.

4. William A. Imbriale, Steven Gao, Luigi Boccia. Space Antenna Handbook. John Wiley & Sons Ltd., United Kingdom. 2012, P. 9, 81-83, 114.

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

6. Michael Lang, Horst Baier, Thomas Ernst. High precision thin shell reflectors - design concept, structural optimization and shape adjustment techniques. Germany, Institute for Light Weigh Structures. P. 5.

7. Gardymov G. P., Meshkov E. V. Kompozitsionnye materialy v raketno-kosmicheskom aparatostroenii [Composite materials in rocket and space vehicle]. Saint Petersburg, SpetsLit Publ., 1999, P. 10-18.

8. Wessel, James K. Handbook of advanced materials: enabling new designs. A JOHN WILEY &SONS, INC., PUBLICATION 2004, P. 105-211.

9. Molodtsov G. A., Bitkin V. E. Formostabil'nye i intellektual'nye konstruktsii izkompozitsionnykh materi-alov [Dimensionally stable and smart structures made of composite materials]. Moscov, Mashinostroenie Publ., 2000, P. 90-120.

10. Obuhova N. S., Dryapochko Yu. V., Dobrecova I. N. Osnastka dlya formovaniya izdeliy iz polimernogo kom-pozitsionnogo materiala. [Tool for molding part made from composite material]. Patent RF, no. 2090364, 1994.

11. Zhukov A. V., Mushenko V. D., Sposob izgotov-leniya polimernoi osnastki po modelyam [Method of polymer tool production on models]. Patent RF, no. 2456157, 2011.

12. Gromashev A. G., Gaidanskiy A. N., Tret'ya-kov A. V., Ul'yanov A. V. Sposob izgotovleniya voloknistikh kompozitov vakuumnoi infuziei I ustroistvo dlya osuschestvleniya sposoba [Method of fiber composite vacuum infusion production and the device for the method realization]. Patent RF, no. 2480335, 2012.

13. Babkin A. V., Erdni-Goryaev E. M., Yabloko-va M. Yu., Kepman A. V., Avdeev V. V. Osnastka dlya formovaniya izdelii iz polimernikh kompozitsionnikh ma-terialov I sposob ee izgotovlenia [Tool for part molding made from polymer composite materials and method for its production]. Patent RF, no. 2576303, 2014.

14. Malugin A. S., Smirnov M. M. [Design of a large-size nonmetallic tool for molding base on polyurethane and hybrid plastics]. Trudy MAI. 2010, No. 38, P. 22-23.

15. Rudakov K. N. Femap 10.2.0. Geometricheskoe i konechno-elementnoe modelirovanie konstruktsiy [Femap 10.2.0. The geometric and finite-element modeling of structures]. KPI Publ., 2011, P. 150-380.

© Бердникова Н. А., Белов О. А., Бабкин А. В., Белов Д. А., 2016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.