Анализ проектирования размеростабильных интегральных конструкций из полимерных композиционных материалов

Решетнеескцие чтения. 2015

Быстродействие фотограмметрической системы измерения позволяет оценивать не только медленно меняющиеся температурные деформации конструкции КТА, но и выявлять гармоники собственных упругих колебаний конструкции, вызванных возмущающими воздействиями корректирующих двигательных установок. Частоты, на которых ожидаются наибольшие амплитуды, составляют порядка нескольких десятков герц [4].

Кроме измерения, контроль эксплуатационных характеристик антенны включает в себя и управление данными характеристиками. Управление радиотехническими характеристиками антенн наиболее целесообразно выполнять с помощью диаграммообразую-щей схемы, входящей в состав антенны. Перераспределением фаз и амплитуд радиосигнала в фазированной антенной решетке облучающей системы можно корректировать направление электрической оси антенны, тем самым компенсируя её уходы за счет деформаций конструкции.

Авторами были проведены анализы, исходя из которых выбрана оптимальная логика взаимодействия составных частей системы контроля эксплуатационных характеристик антенны космического аппарата [5]. Были определены основные элементы такой системы, сформулированы требования к их техническим характеристикам.

Вышеизложенная концепция построения системы контроля эксплуатационных характеристик антенны космического аппарата позволяет наилучшим образом решить задачу обеспечения заданных в тактико-техническом задании эксплуатационных характеристик антенно-фидерной системы перспективных КА.

Библиографические ссылки

1. Выбор приборного состава системы определения геометрии крупногабаритной трансформируемой антенны / Г. П. Титов, М. Г. Матыленко, Е. В. Бикеев, М. О. Дорофеев // Решетневские чтения : материалы XV Междунар. науч. конф., посвященной памяти генер. конструктора ракет.-космич. систем акад. М. Ф. Решет-нева (10-12 ноября 2011, г. Красноярск) : в 2 ч. / под. общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмический ун-т. Красноярск, 2011. С. 98-99.

2. Сайт компании Leica Geosystems [Электронный ресурс]. URL: http://www.leica-geosystems.ru/ru/3D-HDS_23357.htm (дата обращения 10.03.2015).

3. Сайт компании Geodetic Systems [Электронный ресурс]. URL: http://www.geodetic.com/v-stars/what-is-photogrammetry.aspx (дата обращения 30.06.2015).

4. Зимин В. Н. Экспериментальное определение динамических характеристик крупногабаритных трансформируемых космических конструкций // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана Сер. «Машиностроение». 2011. № 1. С. 47-56.

5. Конвергентные технологии в когнитивной радиосвязи / Е. В. Бикеев, Ю. В. Коловский // Системы связи и радинавигации : материалы II Всерос. научно-техн. конф. (27-28 августа 2015, г. Красноярск) / под ред. В. Ф. Шабанова ; Научно-производственное предприятие «Радиосвязь». Красноярск, 2015. С. 253-256.

References

1. Titov G. P., Matylenko M. G., Bikeev E. V., Dorofeev M. O. [The choice of instrument systems define the geometry of the large antenna transformed]. Мaterialy XV Mezhdunar. nauch. konf. Reshetnevskie chteniya» [Materials XV Intern. Scientific. Conf «Reshetnev reading»]. Krasnoyarsk, 2011, p. "98-99. (In Russ.).

2. Website of Leica Geosystems. Available at: http://www.leica-geosystems.ru/ru/3D-HDS_23357.htm (accessed 10.03.2015).

3. Website of Geodetic Systems. Available at: http://www.geodetic.com/v-stars/what-is-photogrammetry.aspx (accessed 30.06.2015).

4. Zimin V. N. Experimental examined of dynamic properties of large transforming space structure // Vestnik MSTU by Bauman. Ser. «Mechanical engineering». 2011. № 1. C. 47-56 (In Russ.).

5. Bikeev E. V., Kolovsky Y. V. [Convergent technologies for cognitive radio communication]. Мaterialy II All-Russian scientific and technical conference «Communications system and radio navigation», Krasnoyarsk, 2015, p. 253-256. (In Russ.).

© Бикеев Е. В., Коловский Ю. В., 2015

УДК 629.78

АНАЛИЗ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАЗМЕРОСТАБИЛЬНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

А. А. Богданова, Ю. С. Кравченко

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

Рассматриваются методы совершенствования космических аппаратов, способы повышения эффективности их эксплуатации и вопросы создания размеростабильных конструкций для космических аппаратов из композиционных материалов.

Ключевые слова: композиционные материалы, размеростабильные интегральные конструкции.

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

CONCEPTION OF DESIGNING DIMENSIONAL STABLE POLYMERIC COMPOSITE CONSTRUCTIONS

A. A. Bogdanova, Yu. S. Kravchenko

JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Jeleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: NazarenkoUS@iss-reshetnev.ru

The article discusses methods of improvement spacecrafts, ways of improving efficiency of their operation and the creation of dimensionally stable structures for space vehicles made of composite materials.

Keywords: composite materials, dimensional stable structures of the integral type.

Одним из основных путей дальнейшего совершенствования космических аппаратов (КА), а также повышения эффективности и эксплуатационных характеристик служит обоснованное применение полимерных композитных материалов (ПКМ) при изготовлении различных элементов конструкций КА.

Основной задачей широкого внедрения композитных материалов в размеростабильные конструкции является поиск принципиально новых конструктивно-технологических решений.

При проектировании размеростабильных конструкций из композитных материалов (КМ) применяемый традиционный подход не в полной мере отвечает требованиям по обеспечению размеростабильности. Использование различных инновационных разработок в процессе проектирования и конструирования позволяет достичь более высоких показателей качества конструкции.

Процесс проектирования размеростабильных конструкций имеет ряд отличительных особенностей по сравнению с процедурой традиционного проектирования композитных конструкций [1; 2]:

- ключевые элементы проектирования - это определение параметров структуры материала, то есть схемы армирования (углов укладки монослоев) и организации многослойного пакета, которая позволяет подобрать пропорции смолы и катализатора в материале и обеспечить минимальные деформации в условиях эксплуатации;

- расчетно-экспериментальные исследования влияния отклонений физико-механических характеристик материала на функциональные свойства конструкций;

- расчетно-экспериментальные исследования влияния эксплуатационных факторов на характеристики однонаправленного материала и армированного пакета;

- определение допустимых полей отклонений конструктивных и технологических параметров при производстве конструкции.

Использование компьютерной модели конечного изделия при моделировании конструкций из ПКМ упрощает проведение исследований, вычислительных экспериментов в тех случаях, когда реальные эксперименты могут дать непредсказуемый результат. Компьютерная модель конечного изделия позволяет выявить основные характеристики, определяющие свойства изучаемого объекта-оригинала, исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения ее параметров и начальных условий.

Для повышения однородности размеростабильных конструкций в настоящее время активно применяются конструкции интегрального типа.

К наиболее весомым преимуществам интегральных конструкций следует отнести: отсутствие механического крепежа и подгонки конструктивных элементов при сборке, минимум оснастки для изготовления, масса по сравнению с металлическим аналогом и сборной композитной конструкцией снижена на 10-20 %, механические и клеевые соединения отсутствуют, технологический цикл сокращен на 10-15 % за счет совместного формования элементов конструкции [3].

При создании интегральных конструкций с использованием современного подхода процесс компьютерного моделирования приводит к сокращению технологического цикла изготовления (временных затрат, трудоемкости), оптимизации расходов на сырье и материалы, позволяет уменьшить вероятность ошибок в проектировании. При изготовлении конструкций интегрального типа возможно проведение предварительного частичного отверждения некоторых элементов конструкции или ее частей. С помощью компьютерного моделирования реализуется возможность управления схемой армирования с возможностью нахождения оптимальных схем выкладки, идет оптимизация многих промежуточных операций, характерных для традиционных технологических процессов.

Современный подход при изготовлении размеро-стабильных интегральных конструкций из композитных материалов позволяет оптимизировать конструкции различных типов и достигать высоких показателей размерной точности, массовой эффективности и стабильности при минимальных затратах в процессе изготовления.

Библиографические ссылки

1. Формостабильные и интеллектуальные конструкции из композиционных материалов / Г. А. Молодцов, В. Е. Биткин, В. Ф. Симонов, Ф. Ф. Урмансов. М. : Машиностроение, 2000. 352 с.

2. Карпов Я. С., Ставиченко В. Г. Исследование и анализ способов удовлетворения критериям прочности слоистого композиционного материала // Авиационно-космическая техника и технология. 2004. № 1. С. 3-10.

Решетнееские чтения. 2015

3. Преображенский И. Н., Преображенский П. И. Прочность, жесткость и технологичность деформируемых несущих конструкций // Научно-технический прогресс в машиностроении : сб. Сер. Прочность, жесткость и технологичность изделий из композиционных материалов. 1991. № 9. С. 3-17.

References

1. Molodtsov G. A., Bitkin V. E., Simonov V. F., Urmansov F. F. Formostabil'nye i intellektual'nye konstruktsii iz kompozitsionnykh materialov. M. : Mashinostroenie, 2000. 352 s.

2. Karpov Ya. S., Stavichenko V. G. Issledovanie i analiz sposobov udovletvoreniya kriteriyam prochnosti sloistogo kompozitsionnogo materiala // Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya. 2004. № 1. S. 3-10.

3. Preobrazhenskii I. N., Preobrazhenskii P. I. Prochnost', zhestkost' i tekhnologichnost' deformiruemykh nesushchikh konstruktsii. V sb.: Nauchno-tekhnicheskii progress v mashinostroenii. Ser. Prochnost', zhestkost' i tekhnologichnost' izdelii iz kompozitsionnykh materialov. 1991. № 9. S. 3-17.

© Богданова А. А., Кравченко Ю. С., 2015

УДК 629.783, 621.372.8

СВЕРХЛЕГКИЕ ВОЛНОВОДЫ АНТЕНН ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОДЯЩЕЙ ОБОЛОЧКОЙ

В. В. Болгов, В. Б. Тайгин, Г. Н. Грудинин

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

E-mail: bolgov-v@iss-reshetnev.ru

Рассмотрен метод изготовления волноводов антенн из полимерных композиционных материалов с металлической проводящей оболочкой и без. По данному методу возможно изготовление волноводов с требуемыми параметрами из углепластика. Использование углепластиков в конструкции позволяет снизить массу изделия и обеспечивает его температурную стабильность.

Ключевые слова: антенна космического аппарата, волновод, фидерный тракт, полимерные композиционные материалы, гальваническое осаждение металлов.

ULTRA LIGHTWEIGHT WAVEGUIDES OF ANTENNA OF POLYMER COMPOSITE MATERIALS WITH METALLIC CONDUCTIVE SHELL

V. V. Bolgov, V. B. Taygin, G. N. Grudinin

JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: bolgov-v@iss-reshetnev.ru

The paper presents a method of manufacturing waveguides of polymeric composite materials with metallic conductive shell and without it. Using this method it is possible to manufacture waveguides from carbon fiber with required parameters. Applying carbon fiber in construction reduces the mass of the product and provides temperature stability.

Keywords: spacecraft antenna, waveguide, feeder links, polymer composite materials, galvanic deposition of metals.

К антеннам космических аппаратов предъявляются требования по обеспечению необходимых радиотехнических характеристик, при этом они должны обладать наименьшей массой и соответствовать требованиям по жесткости и прочности.

Неотъемлемой частью большинства радиотехнических устройств являются фидерные системы, предназначенные для передачи электромагнитной энергии, в частности, служащие для соединения антенн с передатчиками и приемниками [1]. На сантиметровых и миллиметровых длинах волн в качестве фидерных

трактов используются волноводы различных типов и сечений (от (5,69x2,84) и до (58,2x29,1) мм).

Основными параметрами волноводов являются высокая точность размеров и высокий класс обработки внутренних поверхностей. Выполнение этих условий при изготовлении волноводов обычными методами (литье, механическая обработка) связано с большими затратами труда, а зачастую и недостижимо, особенно если каналы имеют изогнутую или скрученную форму, а также переход от одного вида сечения к другому.