Построение математической модели размеростабильных рефлекторов по определению величины температурных деформаций

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

УДК 669.713.7

А. К. Шатров, В. М. Михалкин, Г. В. Двирный ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Железногорск

ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАЗМЕРОСТАБИЛЬНЫХ РЕФЛЕКТОРОВ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВЕЛИЧИНЫ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ

Проведен анализ температурных деформаций, рассмотрены особенности построения математических моделей размеростабильных рефлекторов КА-диапазона.

Постоянно растущая потребность в космических аппаратов, например спутников связи, навигации и геодезии, все актуальнее ставит проблему создания размеростабильных рефлекторов, как можно большего диаметра работающих с высокой точностью на высоких частотах. Такими рефлекторами являются углепластиковые размеростабильные рефлектора изготавливаемые на предприятии ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева.

Чтобы работать на высоких частотах в диапазоне Ка, требования к точности передающей поверхности рефлектора является очень важным фактором, а стабильность размеров этих поверхностей на орбите в соответствующей окружающей среде, должна соответствовать более жестким требованиям. Поэтому для конечного спроектированного размеростабиль-ного рефлектора работающего при высоких частотах, испытания по определению величины температурной деформации являются обязательными, для того чтобы гарантировать хорошие характеристики антенны при функционировании.

В данной статье рассматривается построение математической модели макетов рефлекторов по определению температурных деформаций, а так же натурные испытания трех видов макетов рефлекторов. Математическая модель была создана в ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева.

Целью данного моделирования являлось проведение анализа влияния равномерного температурного поля (Т = 80 °С) на температурные деформации при различных схемах армирования обшивок рефлектора.

Рефлектор это сотовая конструкция с углепла-стиковыми обшивками и сотозаполнителем, высота сотопакета 20 мм.

Для проведения анализа и оценки влияния углов армирования на величину температурных деформаций в равномерном температурном поле (Т = 80 °С) были расмотренны три рефлектора с различными схемами армирования обшивок.

Макет рефлектора № 1 обшивки выполнены из углепластика КМУ-4Л (ТУ.089) со схемой армирования препрега 1/00 + 1/600 + 1/-600 - трехслойная укладка рефлектора, препрегом из углепластика.

Макет рефлектора №2 обшивки выполнены со схемой армирования

1/00 + 1/900 + 1/900 + 1/00 - четырехслойная укладка препрега.

Макет рефлектора №3 обшивки выполнены со схемой армирования

1/0° + 1/45° + 1/(-45°) + 1/90° (обе оболочки: зеркало и тыльная сторона) - четырехслойная укладка препрега.

Для создания и анализа расчетной модели использовался метод конечных элементов (МКЭ), реализованный в системе моделирования и конечно-элементного анализа конструкций иА1ША8ТЯАК

Для решения поставленных задач была создана с помощью программ БЕМАР конечно-элементная модель (КЭМ).

Проведя расчет предполагаемой термодеформации макетов рефлекторов с разной схемой армирования, предполагая, что после проведения испытаний данные расчетные модели подтвердятся, можно говорить о том, что математическая модель была создана в соответствии с результатами испытаний образца.

Испытания покажут, какую термодеформацию имеют макеты рефлекторов и сходимость результатов. Методика испытаний и технология построения математической модели будет прорабатываться, чтобы хорошо понять эффективность наилучшего дизайна антенны, а также показать общие возможности испытательного оборудования.

Создается, конечно, элементная модель (КЭМ) для равномерного температурного поля 80 °С. Проводятся расчеты температурных деформаций КЭМ.

Экспериментально полученные температурные деформации, являются исходными данными для верификации расчетных моделей рефлекторов, предполагаемая сходимость результатов при верификации 10 %.

Данные испытания и построения математической модели макетов рефлекторов позволят создать антенну, отвечающую требованиям по РЧ характеристикам, налагаемым вследствие использования требуемых радиочастот.

© Шатров А. К., Михалкин В. М., Двирный Г. В., 2010