CC BY
25Изготовление формообразующих поверхностей
Рис. 2. Резьбовой профиль из вспененного материала на внутренней трубе
Рис. 3. Готовая заготовка перед пропиткой
Готовые изделия
Рис. 4. Гайка и оправка Рис. 5. Винтовая поверхность
перед финишной шлифовкой
© Белоглазов А. П., Габов А. В., Елистратов В. И., Сорокин В. Н., 2014
УДК 629.76/.78
ВЛИЯНИЕ СХЕМЫ АРМИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛА НА ЖЕСТКОСТЬ КОМПОЗИТНОГО РЕФЛЕКТОРА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
Н. А. Бердникова
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: berdnikova-nataly@mail.ru
Для реализации космического проекта «Миллиметром» проведено моделирование поверхности центрального зеркала (ЦЗ) криотелескопа из полимерного композиционного материала (ПКМ). Рассмотрено влияние угла укладки материала на изменение коэффициента температурного расширения (КТР). Проведен модальный анализ для каждой из схем армирования, чей КТР близок к нулю.
Ключевые слова: вырезка из параболоида вращения, размеростабильная конструкция, КТР, модальный анализ.
Решетневскуе чтения. 2014
MATERIAL LAYOUT IMPACT ON STIFFNESS OF SPACECRAFT COMPOSITE REFLECTOR
N. A. Berdnikova
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation E-mail: berdnikova-nataly@mail.ru
To implement the space project «MiUimetron», simulating the surface of the central mirror made from polymer composite material is performed. The angle placement impact on the change in the thermal expansion coefficient (TEC) is studied. The modal analysis for each of the reinforcement schemes with TEC close to zero is performed.
Keywords: clipping from revolution paraboloid, dimension-stable design, TEC, modal analysis.
ЦЗ космической обсерватории «Миллиметрон», состоящее из 24 секторов, представлено симметричной вырезкой из параболоида вращения диаметром 3 000 мм с фокусным расстоянием 2 400 мм, с центральным отверстием 600 мм, с тремя отверстиями диаметром 100 мм и с тремя опорными площадками, расположенными с шагом 120° (рис. 1).
Рис. 1. Схема центрального зеркала, фронтальная сторона
При использовании ПКМ в размеростабильных конструкциях особо остро стоит задача синтеза материала, его качественного и количественного состава, схем армирования и гибридизации для обеспечения заданной величины коэффициента линейного температурного расширения КЛТР при определенном уровне прочностных характеристик.
Влияние угла укладки (ф) волокон на величину КЛТР проявляется неоднозначно. Изотермическая зависимость КЛТР от угла укладки углеродных волокон в диапазоне от 0° до 30° при схеме армирования
(±ф) аномальна. Величина КЛТР сначала смещается до больших отрицательных значений по сравнению с однонаправленным армированием, а при 45° приближается к нулевому уровню. Схема ±45° отвечает наиболее высокому модулю упругости при сдвиге в плоскости армирования. При укладке части волокон вдоль оси симметрии (схема армирования 0 ± ф) для повышения показателей деформационно-прочностных свойств композита в этом направлении изотермическая зависимость КЛТР от угла армирования показывает такое же аномальное смещение КЛТР в сторону отрицательных значений по сравнению с однонаправленным композитом со схемой укладки (±ф). Такой аномальный характер изотермической зависимости КЛТР от угла армирования объясняется высокой анизотропией термоупругих свойств углеродных волокон и характером термических напряжений, возникающих в связи с этим на границе волокно-матрица при данных углах армирования. Теоретические расчеты и экспериментальные данные показывают, что наиболее близким к нулю термическим расширением (до ±0,1*10-6 1/град) обладает КМ со схемой укладки (±45°), (0±75°), (0±90°) и (0±45/90), (0/45/90/135), при соответствующем объемном соотношении армирующих волокон и матрицы [3].
Для оболочки ЦЗ проведено конечноэлементное послойное моделирование различных схем укладки ортотропного материала и определено их влияние на жесткость заданного параболоида.
Все расчеты проводятся методом конечных элементов при помощи М8С NASTRAN. При расчетах используется высокомодульный однонаправленный ПКМ с модулями упругости Е1 320ГПа, Е2 85ГПа, коэффициентом Пуассона 0,34 и плотностью 1 600
кг/м3.
Визуализация направления первого слоя ПКМ для сектора ЦЗ показана на рис. 2.
Рис. 2. Визуализация направления первого слоя препрега для сектора ЦЗ
Для проведения исследования толщина оболочки ЦЗ выбрана 8 мм. Таким образом, толщина монослоя препрега составляет 4 мм, при схеме (+45°/-45°), 2,67 мм, при схемах (0/+75°/-75°), (0/+90°/-90°) и 2 мм при схемах армирования (0/+45°/-45°/90), (0/45/90/135).
Таким образом, при одинаковой толщине конструкции схема армирования (0±45/90°) имеет преимущество перед остальными по жесткости.
Данные исследования будут использованы при дальнейшем проектировании ЦЗ космической обсерватории.
Библиографические ссылки
1. Гардымова Г. П., Мешкова Е. В. Композиционные материалы в ракетно-космическом аппарато-строении. СПб. : СпецЛит, 1999. 271 с.
2. Виноградов И. С., Архипов М. Ю. Моделирование теплового и термодеформированного состояния
рефлектора криотелескопа. Этап 1: Выбор и уточнение методики, разработка модели, подготовка исходных данных для расчета температурных полей // Тр. Рос. конф. пользователей MSC-2006. 2006. С. 1-9.
References
1. Gardimov G. P., Meshkova E. V. Composicionii materiali v raketno-kosmicheskom apparatostroenii. SPb. : SpecLit, 1999. 271 p.
2. Vinogradov I. S., Archipov M. J. Modelirovanie teplovogo I termodeformirovannogo sostoyania reflector crioteleskopa. Etap 1: Vibor I utochnenie metodiki, razrabotka modeli, podgotovka ishodnich dannih dlya rascheta temperaturnih polei // Trudi Possiiskoi konferencii polzovatelei MSC-2006. 2006, p. 1-9.
© Бердникова Н. А., 2014
УДК 629.78.018:621.396.67
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИНИМАЛЬНОГО ГРАДИЕНТА ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ РЕФЛЕКТОРА ПРИ ЭКСТРЕМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
О. В. Бурова, Е. В. Романьков, И. Н. Цивилев, Е. П. Крылова
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: ovburime@yandex.ru
Проведен анализ возможности обеспечения стабильности температурного поля с минимальным градиентом, при проведении обмеров формы поверхности рефлектора с габаритными размерами 3,6 м*2 м при верхней экстремальной температуре плюс 120 °С в горизонтальной вакуумной установке. Решена задача обеспечения минимизации градиента температур рефлектора.
Ключевые слова: крупногабаритный рефлектор, минимальный градиент температур.
THE SUPPORTABILITY ANALYSIS TO ASSURE MINIMAL GRADIENT OF THE REFLECTOR TEMPERATURE FIELD AT EXTREME TEMPERATURE
O. V. Burova, E. V. Romankov, I. N. Tsivilev, E. P. Krylova
JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: ovburime@yandex.ru
The supportability analysis to assure the temperature field stability with minimal gradient was carried out during measuring the surface shape of reflector (overall dimension of reflector is 3,6 m*2 m) at high extreme temperature plus 120 °С in horizontal vacuum chamber. The problem of assurance of temperature gradient minimization was solved.
Keywords: large-dimensioned reflector, minimal temperature gradient.
Для современной спутниковой связи требуются крупногабаритные антенны с высокой точностью формы отражающей поверхности. Компьютерное моделирование является мощным инструментом при создании, проектировании и экспериментальной отработке таких антенн. При экспериментальной отработке компьютерное моделирование позволяет проанализировать возможность создания определенных
условий в зависимости от задач экспериментальной отработки.
В данном случае рассматривалась возможность экспериментальной отработки крупногабаритного рефлектора (габаритные размеры составляют 3,6 м*2 м) в вакуумной установке при экстремальных температурах и минимальном градиенте температур по его поверхности (Д1 = ±1^2 °С) в течение продолжитель-
