Силовая крупногабаритная конструкция для крепления исполнительных механизмов оптических систем

Решетневскуе чтения. 2014

элементов. Это решение частично уменьшает преимущества композитного материала за счет увеличения общего веса конструкции, снижения первой собственной частоты колебаний и наличия технологических проблем с металлокомпозитными соединениями.

Однако в мире широко исследуются раскрывающиеся конструкции на иных принципах, в том числе и на основе бистабильных тонкостенных оболочек [1]. Большинство из этих конструкций используются как каркас антенн или мачт, а также в качестве подпружиненных шарниров [2].

Конструкция раскрывающегося космического рефлектора, представленная в данной работе, сохраняет все преимущества ферменной конструкции при сокращении стоимости и снижении сложности ее изготовления. Предлагаемая ферменная антенна, состоящая из бистабильных стержней с закрытым сечением, может уплощаться при определенных нагрузках, приложенных в поперечной плоскости. Жесткость такого уплощенного стержня существенно снижается, что приводит к образованию так называемого «динамического» шарнира в конструкции, позволяющего сложить конструкцию. Поперечное сечение бистабильного стержня схематически показано ниже (см. рисунок).

Поперечное сечение предложенного бистабильного стрежня

Нижняя поверхность стержня предполагается плоской для соединения с тканью рефлектора и возможности ее изгиба согласно заданной форме.

Для подтверждения возможности данных свойств, были изготовлены образцы с указанным поперечным сечением и проведены их укладка и раскрытие. Испытания показали положительный результат.

Математическое моделирование складывания и развёртывания предполагаемой конструкции было произведено с использованием программного обеспечения LS-DYNA. Треугольная ячейка конструкции, состоящая из предполагаемых бистабильных стержней, моделировалась как представительный элемент реальных пространственных ферм.

Численный анализ блока был разделен на два этапа. Сначала был произведен расчет возможности складывания: использование сосредоточенных сил для укладки конструкции и накопления потенциальной энергии деформации. На втором этапе, при моделировании развертывания, сложенная ферма была освобождена от связей и развернулась в конечное состоянии.

Таким образом, основные принципы космической цельнокомпозиционной бистабильной ферменной антенны подтверждены технологическими и численными экспериментами. Разработанная математическая модель применима для дальнейшего детального изучения подобных структур.

References

1. Soykasap О. Deployment analysis of a self-deployable composite boom // Composite Structures, ,

2009, july, vol. 89, iss. 3, p. 374-381.

2. Hoffait S., Bruls O., Granville D., Cugnon F., Kerschen G. Dynamic analysis of the self-locking phenomenon in tape-spring hinges // Acta Astronautica,

2010, april-may, vol. 66, iss. 7-8, p. 1125-1132.

© Антонов Ф. К., Макаровская А. В., Папченко В. В., Шаенко А. Ю., 2014

УДК 629.73.02

СИЛОВАЯ КРУПНОГАБАРИТНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Д. Ю. Багрянцев, А. В. Балановский, Ю. А. Оберемок, Д. А. Овчинников, А. В. Усольцев

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

E-mail: dao@iss-reshetnev.ru

На примере разработки силового крупногабаритного шпангоута для подкрепления исполнительных механизмов управления формой рабочей поверхности зеркал системы оптической космического телескопа «Милли-метрон» показано построение конструкции кессонного типа из полимерных композиционных материалов.

Ключевые слова: крупногабаритная конструкция, полимерный материал, кессон.

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

LARGE SUPPORTING STRUCTURE FOX FIXING SERVO ACTUATORS OF OPTICAL SYSTEMS

D. Yu. Bagryantsev, A. V. Balanovsky, Yu. A. Oberemok, D. A. Ovchinnikov, A. V. Usoltsev

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

The large main frame designed to fix the servo actuators controlling the shape of the functional surface of optical system mirrors of "Millimetron" space telescope is taken as an example of caisson-type structure architecture made of polymer composite materials.

Keywords: large structure, polymer material, caisson.

К специфике создания конструкции из полимерных композиционных материалов (ПКМ) следует отнести одновременное проектирование конструкций из ПКМ и материала для нее, т. е. определение геометрии элементов, структуры материала и способов изготовления конструкции. Основная особенность ПКМ -это возможность создания из них материалов и элементов конструкций с заданными свойствами, наиболее полно удовлетворяющими характеру и условиям работы изделий [1].

Важным моментом при создании космических конструкций является оценка их эффективности не только по критерию снижения массы, но и по все чаще используемому критерию снижения себестоимости. Серьезной проблемой является разработка технологических процессов и технологической оснастки, позволяющих изготавливать и собирать наиболее эффективные по массе, высокоточные и стабильные по геометрии несущие композитные конструкции, предназначенные для размещения на них различной целевой аппаратуры и приборных блоков. Также существенное значение при создании конструкций из композиционного материала имеет технологический фактор. Различные технологические возможности, а также методы решения технологических задач переработки композиционных материалов требуют принятия решений, отвечающих технологии их формирования известными методами при наименьших затратах труда, средств и времени [2].

Силовая конструкция крупногабаритного шпангоута кессонного типа

Для реализации проекта по созданию легкой, жесткой, крупногабаритной опорной конструкции, служащей для крепления исполнительных механизмов управления формой рабочей поверхности зеркал оп-

тических систем, авторами была предложена конструкция силового крупногабаритного шпангоута, выполненного из отдельных сегментов. Сегменты шпангоута соединяются между собой клеемеханическим способом. Для увеличения прочности и жесткости конструкции сегменты дополнительно замыкаются оболочками, основаниями и лентами (см. рисунок).

Конструкция сегментов представляет собой кессон, по форме напоминающий многогранную усеченную пирамиду. Сегменты изготавливаются из углево-локна путем намотки или путем выкладки из препре-га. Варьируя форму и размеры сегментов, этажность их расположения, можно получать габаритные конструкции цилиндрической или конической формы.

Представленная конструкция сочетает в себе концепцию подкрепленных и сетчатых конструкций. Помимо технологических параметров и себестоимости изготовления, преимуществом таких конструкций является большая радиальная жесткость за счет возможности формоизменения сегментов и ориентации укладки композита.

Библиографические ссылки

1. Васильев В. В., Барынин В. А., Разин А. Ф., Петроковский С. А., Халиманович В. И. Анизогрид-ные композитные сетчатые конструкции - разработка и приложение в космической технике // Композиты и наноструктуры. 2009. № 3. С. 38-50.

2. Парафесь С. Г. Конструкция космических летательных аппаратов : учеб.-метод. комплекс. М. ; Калуга : Эйдос, 2011. 247 с.

References

1. Vasilev V. V., Barynin V. A., Razin A. F., Petrokovsky S. A., Halimanovich V. I. Anizogridnye composit mesh designs - working out and the appendix in the space technics // Composites and nanostructures, 2009, № 3, p. 38-50.

2. Parafes S. G. Of this year the design of space flying machines: the educational-methodical complex. Kaluga ; M. : Eidos, 2011, 247 p.

© Багрянцев Д. Ю., Балановский А. В., Оберемок Ю. А., Овчинников Д. А., Усольцев А. В., 2014