К расчету раскрытия крупногабаритных трансформируемых космических конструкций

Решетневскуе чтения. 2013

мальный модуль Юнга. Другой пример: в вентильном двигателе, затопленном рабочей жидкостью электронасосного агрегата космического аппарата, разделительный стакан с электрическими обмотками выполняют из титанового сплава, обладающего малой электропроводностью.

Наиболее перспективными в направлении развития эффективности материалов являются пеномате-риалы: новый класс материалов ячеистой структуры. Пеноматериалы могут быть изготовлены из совершенно различных базовых материалов: никель, медь, железо, нихром, алюминий. Уникальная структура и свойства высокопористых ячеистых материалов: плотность при высокой прочности, предельно низкое гидравлическое сопротивление, высокая коррозионная и термическая стойкость делает их одним из наиболее перспективных материалов в современной промышленности [1].

Библиографическая ссылка

1. Макаров А. М. Исследование структуры композиционных высокопористых ячеистых материалов рассеиванием и поглощением радиации // Современные проблемы науки и образования. 2006. № 4. С. 14-18.

Reference

1. Makarov A. M. Issledovanie struktury kom-pozicionnyh vysokoporistyh jacheistyh materialov rasseivaniem i pogloshheniem radiacii // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. 2006. № 4. S. 14-18.

© Двирный В. В., Голованова В. В., Двирный Г. В., Сидорова Е. С., 2013

УДК 629.78:531.395

К РАСЧЕТУ РАСКРЫТИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ТРАНСФОРМИРУЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

В. Н. Зимин\ А. В. Крылов\ С. А. Чурилин1, Ф. Р. Файзуллин2

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Россия, 105005, г. Москва, 2-я Бауманская, 5, стр. 1. E-mail: sm11@sm.bmstu.ru

2ЗАО «АвтомехаНика» Россия, 125363, г. Москва, ул. Новопоселковая, 6, корп. 4. E-mail: am@euler.ru

Рассмотрены особенности моделирования динамики раскрытия многозвенных космических конструкций различной конфигурации. Расчетные модели построены в программных комплексах Euler и Adams.

Ключевые слова: расчет раскрытия, трансформируемые космические конструкции, моделирование развертывания космических конструкций, складные космические антенны.

ON LARGE TRANSFORMABLE SPACE STRUCTURES DEPLOY CALCULATION

V. N. Zimin1, A. V. Krylov\ S. A. Churilin1, F. R. Faizullin2

1Bauman Moscow State Technical University 5, block 1, Baumanskaia 2-ia str., Moscow, 105005, Russia. E-mail: sm11@sm.bmstu.ru

2ZAO «AvtomekhaNika» 6, block 4, Novoposelkovaia str., Moscow, 125363, Russia. E-mail: am@euler.ru

Special features of dynamic deploy modeling of space multi-section structures of various configurations were considered. Calculated models were built in bundled software Euler and Adams.

Keywords: deploy calculation, transformable space structures, space structures deploy modeling, folded space antennae.

Создание крупногабаритных трансформируемых космических конструкций сопряжено с решением ряда технических и механических проблем, обусловленных уникальностью систем. Как правило, такие конструкции доставляются на орбиты в плотноупако-ванном (транспортном) состоянии, и дальнейшее приведение их в рабочее положение связано с реализацией процесса раскрытия.

Для моделирования динамики раскрытия таких трансформируемых конструкций целесообразно ис-

пользовать такие программные комплексы, как Euler и Adams.

С помощью данных программных комплексов были проведены расчеты раскрытия ряда трансформируемых космических конструкций: складного плоского антенного контура, космического сферического отражателя и параболического рефлектора ферменного типа. Для построения математических моделей принята достаточно хорошо учитывающая особенности многозвенных конструкций расчетная схема

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

в виде системы абсолютно твердых тел, связанных между собой шарнирными узлами. Массы и моменты инерции твердых тел принимаются равными массам и моментам инерции реальных элементов конструкции. Под шарнирным узлом здесь понимается не только шарнирное соединение, допускающее относительное вращение смежных звеньев, но и пружины кручения, накапливающие в процессе укладки изделия в транспортное положение необходимую для последующего его развертывания энергию, которые являются составной частью каждого шарнирного узла. При определенном относительном положении смежных звеньев во время раскрытия на них накладываются связи, ограничивающие их взаимное угловое смещение. Техническое исполнение связей может быть самым разным: различного рода упоры или фиксаторы. Реальные физические процессы, протекающие во время установки элементов на упоры или фиксаторы, достаточно сложны. Простейшая модель таких устройств может быть представлена в виде упругого и демпфирующего элементов с соответствующими характеристиками.

Результатами проведенных расчетов являются следующие характеристики: время принятия рабочего положения конструкциями; формы промежуточных положений конструкций во время раскрытия; зависимость углов раскрытия и угловых скоростей звеньев конструкций от времени. Данные характеристики необходимы для проведения расчета по определению напряженно-деформированного состояния элементов рассмотренных трансформируемых космических конструкций.

В целом результаты численного моделирования раскрытия рассмотренных конструкций, основанные на принятых допущениях, выявили следующие особенности раскрытия данных систем. При раскрытии складного плоского антенного контура диаметром 20 метров в рабочем положении, уложенного в транспортном положении в виде двух пакетов, происходит соударение элементов пакетов. Анализируя результаты расчета подобной пятиметровой конст-

рукции, подобного контактного взаимодействия не наблюдалось. Поэтому для учета такого контактного взаимодействия следует вводить дополнительные связи в используемую математическую модель. При анализе раскрытия космического сферического отражателя наблюдалось одновременное развертывание меридиональных ребер. Такая кинематика развертывания позволяет при расчете напряженно-деформированного состояния элементов каркаса рассмотреть только одно меридиональное ребро, которое, будучи закрепленным в полюсных шарнирах, динамически «ведет себя» подобно совокупности меридиональных ребер, собранных в силовой каркас. Проведенные исследования развертывания параболического рефлектора ферменного типа показали, что для конструкций ферменного типа, отличных от плоских, начальные значения обобщенных координат для сложенного транспортного состояния необходимо определять исходя из предположения, что центры узловых шарнирных элементов должны располагаться на поверхности (параболической, сферической, цилиндрической и т. д.), соответствующей раскрытому рабочему положению конструкции. Совпадение форм, принимаемых конструкцией в различные моменты времени при раскрытии, с полученными формами экспериментальным путем свидетельствовало об адекватности расчетной модели

Параметры, полученные в ходе исследований, могут быть использованы в качестве исходных данных при разработке конструкций элементов, обеспечивающих раскрытие. Также они могут быть использованы для подготовки стендов для проведения экспериментальной отработки раскрытия конструкции в наземных условиях. Следует отметить, что теоретические модели являются единственным способом анализа раскрытия подобных конструкций при нештатных ситуациях.

© Зимин В. Н., Крылов А. В., Чурилин С. А., Файзуллин Ф. Р.,2013

УДК 539.3

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИТКОВ ТОНКОГО ГИБКОГО СТЕРЖНЯ

А. Н. Кожевников, Д. А. Красноруцкий, В. Е. Левин

Новосибирский государственный технический университет Россия, 630073, г. Новосибирск, просп. К. Маркса, 20. E-mail: ak-1993@bk.ru, dakras@ya.ru

Модель тонкого гибкого стержня развита на случай учета сил контактного взаимодействия, которые позволяют «устранить» самопересечения витков стержня при моделировании его динамического нелинейного деформирования. Такая задача возникла при попытке моделирования трансформирования спицы рефлектора космической антенны в рамках имеющейся математической стержневой модели.

Ключевые слова: контактное взаимодействие, динамическое нелинейное деформирование, модель стержня.