Теплопроводящие клеящие материалы для системы терморегулирования на КА Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

На следующем этапе расчетов модель рефлектора дополнена вантовой формообразующей структурой, что позволило понизить среднеквадратическое отклонение, например, для 50-метрового рефлектора на 47 %.

Антенные рефлекторы относятся к категории внешних приборов космического аппарата, поэтому каждая конструкция должна быть проанализирована с точки зрения тепловых режимов, реализующихся в процессе эксплуатации. Так, в данной работе проведен тепловой анализ рефлектора с гибкими спицами для геостационарной орбиты Земли для двух крайних расчетных случаев, различающихся углом наклона орбиты относительно солнца и интенсивностью его излучения. Учитывая наибольшую интенсивность солнечного излучения, в качестве «горячего» была выбрана точка зимнего солнцестояния. В качестве «холодного» расчетного случая была выбрана точка весеннего рав-

ноденствия из-за попадания конструкции в тень от Земли на сегменте орбиты продолжительностью 72 минуты. Все расчеты проведены для отрезка времени в 24 часа с шагом по витку орбиты в 10 минут.

В результате численного анализа теплового режима рефлектора были получены градиенты температур на жестких элементах силового каркаса рефлектора в диапазоне от -170 °С до +109 °С, что находится внутри классификационного диапазона температур для углепластиков.

Также в рамках данной работы проведен анализ температурных деформаций рефлектора с закруткой спиц, рассчитано почасовое изменение величин, описывающих точность отражающей поверхности рефлектора.

© Герасимов А. В., Жуков А. П., Пономарев С. В., Пономарев В. С., Халиманович В. И., 2014

УДК 678.686 + 678.643

ТЕПЛОПРОВОДЯЩИЕ КЛЕЯЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ НА КА

С. Н. Гладких, Н. Н. Векшин, А. И. Вялов, И. В. Ткаченко ОАО «Композит»

Российская Федерация, 141070, Московская область, г. Королёв, ул. Пионерская, 4

E-mail: info@kompozit-mv.ru

Для обеспечения необходимого теплового режима работы бортовой аппаратуры с применением элементов терморегулирования (электрообогревателей, тепловых труб) для крепления последних разработаны малога-зящие конструкционные клеи, эластичные герметики с высокими адгезионными и электроизоляционными характеристиками.

Ключевые слова: конструкционные клеи, герметики, наполнитель, жизнеспособность, прочность при сдвиге, прочности при отрыве, газовыделение.

THERMALLY CONDUCTIVE ADHESIVES FOR THERMAL CONTROL SYSTEN IN SPECECRAFT

S. N. Gladkikh, N. N. Vekshin, A. I. Vyalov, I. V. Tkachenko

Open Joint Stock Company «Kompozit» 4, Pionerskaya str., Korolev, Moscow Region, 141070, Russian Federation. E-mail: info@kompozit-mv.ru

Low-gas emitting structural adhesives, flexible hermetic with high adhesive and dielectric characteristic have been developed for fixing electric heaters, heat pipes on board equipment to support the necessary thermal conditions.

Keywords: structural adhesives, hermetic, filler, work life, shear strength, tearing strength, outgassing.

Для соединения тепловых труб с приборными панелями для теплоотвода от нагревающихся элементов приборов в изделиях ГКНПЦ им. Хруничева применяется клей ЦМК-ТП(1) с показателями газовыделения ПМ = 2,08 %, ЛКВ = 0,1 %, ПМР = 1,0 %, свойства которого представлены в табл. 1.

Клей ЦМК-ТП(1) - технологичный тиксотропный пастообразный, хорошо наносится на поверхности углепластика, металла, отверждается при температуре (15.. .35) °С за 48 ч. При содержании наполнителя 7,07,5 масс. ч. теплопроводность клея 2,2...2,7 Вт/мград, а при содержании наполнителя 8,0-9,0 масс. ч. коэф-

фициент теплопроводности - 3,0.3,2 Вт/мград, но клей становится нетехнологичным. На клей ЦМК-ТП(1) разработаны технические условия ТУ 2252-41156897835-2007, клей введен в отраслевые стандарты (ОСТ 92-0948-74, 92-0949-74).

Для герметичного соединения (с обеспечением те-плоотвода) тонкопленочных обогревателей (на основе полиимидной пленки Карйп, стеклоленты и нагревательных элементов) с приборными панелями для поддержания температуры работоспособности бортовой аппаратуры разработаны теплопроводные герметики ГЗПМ-Н, Т111М с характеристиками (табл. 2):

Решетневскуе чтения. 2014

- жизнеспособность в массе до 20 г при температуре (20±5) °С не менее 4 ч;

- относительное удлинение при растяжении образцов-полосок не менее 10 %, сохраняющееся после прогрева герметика в течение 500 ч;

- прочность на сдвиг клеевых соединений из алюминиевых сплавов > 5,0 МПа;

- удельное объемное электрическое сопротивление ~2,0-1012 Ом-см;

- плотность не более 1,4 г/см3;

- стойкость к воздействию ионизирующего излучения электронов с суммарной дозой не менее 2,0-108 рад.

В отвержденном герметике отсутствуют поры, воздушные пузыри, препятствующие равномерной передаче тепла от нагревательных элементов, приводящие к локальным перегревам и сокращению сроков эксплуатации нагревателей.

После приготовления теплопроводные герметики ГЗПМ-Н, ТПГМ низковязкие, технологичные, наносятся тонким слоем на различные поверхности в любых положениях, с хорошей адгезией к алюминиевым сплавам (в том числе с гальваническими покрытиями), к полиимидной пленке (Кар1оп с толщиной 60 мкм). Для обеспечения максимальной герметичности после приготовления герметики вакуумируются в течение 20-30 минут, затем наносятся на обе склеиваемые поверхности тонким слоем, после открытой выдержки (20 минут) склеиваемые поверхности со-

единяются с вытеснением воздуха из клеевой прослойки. Герметики отверждаются при температуре (25±10) °С, удельном давлении от 0,05 до 0,1 МПа в течение 3 суток, или при температуре (25±10) °С в течение не менее 10 ч, затем при 60 °С в течение 6 ч, или при 80 °С в течение 4 ч.

Для ГЗПМ-Н с повышенными показателями газовыделения по ГОСТ Р 50109-92 проводится режим обезгаживания: прогрев при 40 °С - 5 ч, выдержка в вакууме при 85 °С - 5 ч, после которого ГЗПМ-Н имеет удовлетворительные показатели: ПМ = 2,10 %; ЛКВ = 0,10 %; ПМР = 0,66 %; РВП = 1,44 %. Минимальные показатели газовыделения (ПМ = 2,10 %; ЛКВ = 0,10 %; ПМР = 0,66 %; РВП = 1,44 %) имеет герметик ТПГМ с характеристиками, представленными в табл. 3.

Для склеивания элементов микросборок разработан низковязкий конструкционный клей КТК, способный легко наноситься на кристаллы кремния (с размерами 1,5^5 мм), поликор, ковар и склеивать без давления. Клей имеет высокие электроизоляционные характеристики: удельное объемное электрическое сопротивление (2,7-3,8)-1014 Ом ■см. Адгезионные и теплофизические характеристики клея КТК (с различным содержанием ГНБ) представлены в табл. 4.

Разработан техпроцесс по изготовлению элементов микросистемной техники с применением клея КТК.

Характеристики клея ЦМК-ТП (1) с 6,5 масс.ч. наполнителя

Таблица 1

Свойства Показатели

Жизнеспособность при температуре (20±5) °С, ч, не менее 2,0

Коэффициент теплопроводности, Вт/ м-К, не менее 2,0

Прочность при отрыве клеевых соединений из алюминиевого сплава АМг6 (зашкуренного), МПа, при температуре (20 ° 5) °С, не менее 15,0

Прочность при сдвиге соединений из алюминиевого сплава АМг6, МПа, при температуре (20 ° 5) °С, не менее 150 °С, не менее минус 196 °С, не менее 10,0 1,8 9,0

Таблица 2 Адгезионные характеристики герметиков ГЗПМ-Н, ТПГМ

Свойства Показатели

Прочность при сдвиге клеевого соединения алюминиевого сплава АМг6, МПа, при температуре 20 °С, не менее при температуре 100 °С, не менее 4,5...6,6 2,5...2,8

Прочность при сдвиге соединения АМг6 с покрытием Н6.М6.Н6 + ГЗПМ-Н+ Кар1юп, МПа, при температуре 20 °С, не менее при температуре 70 °С, не менее 4,4 3,2

Прочность при отслаивании пленки Кар1оп от соединения сплава АМг6 с покрытием Н6.М6.Н6 на герметике при 20 °С, кгс/см, не менее при температуре 70 °С, кгс/см, не менее 0,40 0,12

Таблица 3 Характеристики герметика ТПГМ

Теплопроводность, Вт/м-град Прочность на сдвиг соединений АМг6, МПа, при температуре, °С Прочность при отрыве соединений АМг6, МПа, при температуре, °С

20 100 150 минус 150 20 100 150

1,7 6,6 2,8 2,7 11,5 12,0 3,9 3,6

Таблица 4

Коэффициент теплопроводности (I) и прочности клеевых соединений из алюминиевого сплава на сдвиг и отрыв для клея КТК при температурах от минус 196 до 150 °С

Содержание масс. ч. ГНБ на 9,8 масс. ч. основы клея Вт/мК Прочность на сдвиг, МПа, при температуре, °С Прочность на отрыв, МПа, при 20 °С

20 150 Минус 196

6,5 2,0 11,6 2,6 10,7 20,3

7,0 2,4 10,1 2,5 11,5 -

7,5 2,73 11,8 2,7 10,4 -

8,0 2,92 9,8 2,5 - -

8,5 3,08 8,9 - - -

В настоящее время для приклеивания нагревающихся элементов ЭРИ в изделиях микроэлектроники разработаны однокомпонентные теплопроводящие клеи типа ОТпК с коэффициентами теплопроводности 2,5-3,0 Вт/мК, высокими адгезионными и электро

изоляционными характеристиками, отверждающиеся при температурах 120 °С в течение 2 ч, или в течение 1 ч при 120 °С, или 1 ч при 150 °С.

© Гладких С. Н., Векшин Н. Н., Вялов А. И., Ткаченко И. В., 2014

УДК 629.76/78.001.63

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА НАЧАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ КОСМИЧЕСКОГО СЕТЧАТОГО РЕФЛЕКТОРА

Н. Н. Голдобин1, Д. О. Шендалев2

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: 1goldobin@iss-reshetnev.ru, 2shendalev_d@iss-reshetnev.ru

Описана методика оценки усилий в шнурах формообразующей структуры рефлектора. Методика позволяет аналитически получать значения начальных усилий натяжения, необходимых для расчета напряженно-деформированного состояния в конечно-элементной модели крупногабаритного сетчатого рефлектора. Применение данной методики в конечно-элементных программных комплексах обеспечивает сходимость численных методов оптимизации.

Ключевые слова: отражающая поверхность, рефлектор, формообразующая структура.

ANALYTICAL ESTIMATION OF INITIAL STRESS FOR IMPROVEMENT OF SPACE MESH REFLECTOR FEM QUALITY

N. N. Goldobin1, D. O. Shendalev2

JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: 1goldobin@iss-reshetnev.ru, 2shendalev_d@iss-reshetnev.ru

Technique for estimation of cords tension in prestressed reflector structure is presented. The technique allows to receive analytically initial tension stress necessary for deriving of deflected mode of large mesh reflector using finite element model. Application of the given technique in finite element soft ensures convergence of numerical methods of optimization.

Keywords: reflector surface, reflector, reflector structure.

Сетчатый рефлектор (рис. 1) представляет собой напряженную конструкцию, состоящую из силового каркаса, натянутой на него системы шнуров, формирующих отражающую поверхность (формообразующей структуры) и растянутого металлического сетепо-лотна. Проектировочные расчеты и прогнозирование поведения рефлектора в условиях эксплуатации прово-

дятся при помощи конечно-элементной модели. При моделировании подобных конструкций известными проблемами являются обеспечение требуемого напряженно-деформированного состояния, а именно: равномерное распределение усилий натяжения в шнурах формообразующей структуры (ФОС) и заданная геометрия, а также обеспечение сходимости решения.