Особенности проектирования крупногабаритных надувных отверждаемых концентраторов солнечной энергии

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

Одним из важных и бурно развивающихся направлений в области создания крупногабаритных космических конструкций является разработка раскрывающихся антенн, устанавливаемых на космических аппаратах различного назначения. Создание больших космических конструкций сопряжено с решением ряда технических и механических проблем, обусловленных уникальностью объектов, характерной особенностью которых является достаточная жесткость при больших габаритных размерах и весьма ограниченной массе силового каркаса. Как правило, трансформируемые крупногабаритные конструкции доставляются на орбиту в сложенном транспортном состоянии, и дальнейшее приведение их в рабочее положение зависит от течения процесса раскрытия. Несмотря на достигнутые значительные успехи в области проектирования таких конструкций, важной остается задача обеспечения плавного и надежного процесса их раскрытия при гарантированном обеспечении последующего функционирования изделия. Для моделирования динамики раскрытия трансформируемых конструкций целесообразно использовать такие программные комплексы, как Euler и Adams [1].

Раскрытие многозвенной замкнутой космической конструкции рассматривается на примере раскрытия кольцевой антенны типа складного антенного контура [2]. Особенность этой конструкции заключается в ее технологичности, компактности при транспортировке, большом отношении объемов в раскрытом и сложенном состояниях, быстроте раскрытия (единицы секунд), малой массе при значительных размерах и в то же время большой площади рабочей поверхности в раскрытом состоянии. Элементы ее могут быть выполнены как из металла, так и из композитных материалов. Ключевым элементом контура является несущий силовой каркас. Именно он обеспечивает минимальные габариты в сложенном положении и высокую жесткость конструкции в раскрытом рабочем состоянии. К процессу раскрытия антенного контура предъявляются следующие требования: упорядоченность, отсутствие соударений элементов каркаса между собой и с элементами конструкции космического аппарата, принятие устойчивой рабочей формы.

Результатами проведенных расчетов являются: время принятия антенным контуром рабочей формы; формы промежуточных положений каркаса во время раскрытия и зависимости углов раскрытия и угловых скоростей звеньев каркаса от времени. Эти характеристики необходимы для определения напряженно-деформированного состояния элементов конструкции силового каркаса антенного контура.

В целом результаты численного моделирования раскрытия силового каркаса антенного контура выявили особенности свободного раскрытия данной системы. Эти параметры могут быть использованы в качестве исходных данных для конструирования элементов силового каркаса, обеспечивающих его раскрытие, а также для подготовки оборудования для проведения экспериментальной отработки раскрытия конструкции в наземных условиях. Кроме того, следует отметить, что теоретические модели являются единственным способом анализа раскрытия рассматриваемых конструкций при возможных нештатных ситуациях.

Библиографические ссылки

1. Крылов А. В., Чурилин С. А. Моделирование развертывания многозвенных замкнутых космических конструкций // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение». Спец. выпуск «Крупногабаритные трансформируемые космические конструкции и материалы для перспективных ракетно-космических систем». 2012. С. 80-91.

2. Крылов А. В. Исследование процесса раскрытия антенного контура // Изв. высших учебных заведений. Машиностроение. 2013. № 12(657). С. 45-50.

References

1. Krylov A. V., Churilin S. A. Simulation of deployment of multi-link closed space structures. Herald of the BMSTU. Mechanical Engineering, 2012, p. 80-91.

2. Krylov A. V. Investigation of the antenna deployment behavior. Proceedings of Higher Educational Institutions. МаМт Building. 2013, no.12(657), p. 4550.

© Крылов А. В., Чурилин С. А., 2014

УДК 629.78

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ НАДУВНЫХ ОТВЕРЖДАЕМЫХ КОНЦЕНТРАТОРОВ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

В. В. Леонов

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Российская Федерация, 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., 5. E-mail: lv-05@mail.ru

Представлен краткий анализ особенностей конструкции крупногабаритных надувных отверждаемых зеркальных концентрирующих систем и математическая модель, позволяющая определять их характеристики.

Ключевые слова: зеркальные концентрирующие системы, надувные отверждаемые конструкции, радиационный теплообмен.

Решетневскуе чтения. 2014

DESIGN FEATURES OF LARGE-SCALE INFLATABLE SOLIDIFIED SOLAR ENERGY CONCENTRATORS

V. V. Leonov

Bauman Moscow State Technical University 5, 2-ya Baumanskaya str., Moscow, 105005, Russian Federation. Е-mail: lv-05@mail.ru

There are a brief review of the design features of large-sized inflatable solidified mirror concentrating systems and a mathematical model that allows to define their characteristics presented.

Keywords: mirror concentrating system, inflatable solidified constructions, radiation.

Создание высокотемпературных солнечных энергоустановок большой мощности для космических аппаратов требует разработки зеркальных концентрирующих систем (ЗКС), размеры которых превышают габариты транспортных отсеков существующих ракет-носителей. Одним из перспективных способов создания таких систем является применение надувных отверждаемых конструкций, обладающих достаточно высокой точностью и надёжностью, а также малой массой и объёмом в транспортном положении.

Экспериментальное определение радиационных характеристик крупногабаритных надувных ЗКС требует проведения сложных экспериментов, имеющих значительные ограничения на интерпретацию результатов, а также ограничения, накладываемые из-за габаритов и относительно низкой жёсткости конструкции. Поэтому особый интерес представляет разработка математических моделей, позволяющих рассчитывать характеристики сложных ЗКС с учётом влияния

условий эксплуатации, конструктивных особенностей, деформаций, шероховатости и других дефектов поверхности.

В связи с этим была начата и ведётся разработка и реализация в программном комплексе математической модели, позволяющей определять основные характеристики ЗКС с учетом влияния перечисленных выше факторов. Определение раскройной формы концентратора и моделирование поведения элементов его конструкции до отверждения проводится на основе технической теории мягких оболочек. После отверждения модель строится на основе теории тонкостенных оболочек с применением метода конечных элементов. Модель радиационного теплообмена построена на основе методов Монте-Карло и «пучковой» модели излучения.

© Леонов В. В., 2014

УДК 629.09:629.78

СНИЖЕНИЕ МАССЫ ГИДРОТРАКТА СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ЗА СЧЁТ ПРИМЕНЕНИЯ РАСШИРЕННОГО РЯДА

ЭЛЕКТРОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ

А. А. Логанов

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

E-mail: loganov@iss-reshetnev.ru

Проанализированы возможности снижения массы трубопроводов жидкостной системы терморегулирования космических аппаратов связи. Выявлены технические факторы, препятствующие снижению массы трубопроводов. Предложено в качестве одного из возможных решений применение двухступенчатых электронасосных агрегатов. Реализация такого решения не потребует разработки принципиально новых электродвигателей для электрнасосных агрегатов.

Ключевые слова: активный жидкостный контур, система терморегулирования, двухступенчатый насос.

DECREASE IN WEIGHT OF A HYDROPATH OF SPACECRAFTS THERMAL CONTROL SYSTEM AT THE EXPENSE OF APPLICATION OF AN EXPANDED NUMBER OF ELECTROPUMP UNITS

A. A. Loganov

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