Анализ проектирования анизогридной силовой трубы Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов

таких задач, как снижение массы КА и обеспечение размеростабильности, прочности и жесткости при эксплуатации.

Библиографические ссылки

1. Чеботарев В. Е. Проектирование космических аппаратов систем информационного обеспечения. В 2 кн. Кн. 2. Внутреннее проектирование космического аппарата / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 168 с.

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

3. Thales Alenia Space, site de Cannes.Intégration de satellites [Электронный ресурс]. URL: http://www.ultraproprete.com/exemples-installations/ thales-alenia-space.html/ (дата обращения: 5.8.2016).

4. Space Blog. 2015: Another year of imagination, innovation and disruption! [Электронный ресурс]. URL: https://www.sstl.co.uk/Blog/January-2015/2015-Another-year-of-imagination-innovation-and/ (дата обраще-ния:10.8.2016).

5. Proton launches Ekspress-AM5 communications satellite [Электронный ресурс]. URL:

http://www.russianspaceweb.eom/proton_ekspress_am5.h tml/ (дата обращения: 10.8.2016).

References

1. Chebotarev V. E. Proektirovanie kosmicheskikh apparatov sistem informatsionnogo obespecheniya [Designing spacecraft systems of information security]. Krasnoyarsk : SibGAU Publ., 2005. 488 p.

2. Vasil'ev V. V., Barynin V. A., Razin A. F., Petrokovskiy S. A., Khalimanovich V. I. [Anizogridnye composite mesh design - development and application of space technology] // Kompozity i nanostruktury. 2009. № 3. P. 38-50. (In Russ.)

3. Thales Alenia Space, site de Cannes.Intégration de satellites. Available at: http://www.ultraproprete.com/ exemples-installations/thales-alenia-space.html/ (accessed 5.8.2016).

4. Space Blog. 2015: Another year of imagination, innovation and disruption! Available at: https://www.sstl.co.uk/Blog/January-2015/2015-Another-year-of-imagination-innovation-and/ (accessed 10.8.2016).

5. Proton launches Ekspress-AM5 communications satellite. Available at: http://www.russianspaceweb.com/ proton_ekspress_am5.html/ (accessed 10.8.2016).

© Исеева О. А., Кравченко Ю. С., Двирный В. В., Савицкий В. В., Пацкова Е. Г., 2016

УДК 629.78

АНАЛИЗ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АНИЗОГРИДНОЙ СИЛОВОЙ ТРУБЫ

О. А. Исеева1, Ю. С. Кравченко1, В. В. Двирный1, Г. Г. Крушенко2, Е. Г. Пацкова1

1АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассмотрен процесс проектирования типовой сетчатой структуры с использованием численного метода расчета напряженно-деформированного состояния. Выделены проектные параметры полученной конфигурации.

Ключевые слова: анизогридная силовая труба, космический аппарат, сетчатая конструкция, жесткость, прочность, нагрузки.

ANALYSIS OF DESIGN ANIZOGRID POWER TUBE

O. A. Iseeva1, Yu. S. Kravchenko1, V. V. Dvirniy1, G. G. Krushenko2, E. G. Patskova1

1JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation

2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

The paper considers the process of designing a typical network structure using a numerical method to calculate stress-strain state. The research demonstrates the obtained project configuration options.

Keywords: anizogrid power tube, spacecraft, grid structure, hardness, strength, load.

В качестве объекта проектирования рассматривается сетчатая цилиндрическая оболочка с длиной Ь и радиусом R, образованная системой спиральных и кольцевых ребер.

Типовая сетчатая конструкция, показанная на рисунке, характеризуется следующими проектными параметрами [1]: толщиной сетчатой структуры (высотой ребер к), толщинами спиральных и кольцевых

<Тешетневс^ие чтения. 2016

ребер 5С и 5К, расстояниями между спиральными ребрами ас (по нормам к оси ребра) и между кольцевыми ребрами ак; углом наклона спиральных ребер (по отношению к образующей) ф.

где B11 = 2Ech5cc

B12 = B33 = 2 Ech 5cc 2 * 2

B22 = 2Ech5cS4 + Ekh5k ,

B = B11 -

B

B

2EcEkh5c 5kS 2Ec 5cS4 + Ek 5k

коэффициенты жесткости сет-

Типовая сетчатая конструкция

Основным видом нагружения цилиндрических сетчатых отсеков космических аппаратов является осевое сжатие силой Р. Если отсек дополнительно нагружен изгибающим моментом М, то вводится эквивалентная осевая сила Рг, определяемая следующей известной формулой:

Рг = р+4М, (!)

г в

где В - диаметр цилиндрической оболочки. Равенство (1) позволяет точно определить максимальное напряжение и приближенно найти критическую комбинацию осевой силы и изгибающего момента, используя решение задачи устойчивости для осевого сжатия. Такой подход является традиционным для задач проектирования.

При проектировании в качестве целевой функции выступает масса конструкции. Масса идеализированной оболочки складывается из массы спиральных и кольцевых ребер.

Традиционными для сетчатых конструкций формами разрушения являются следующие [2]: разрушение спиральных ребер при сжатии; общая потеря устойчивости оболочки; местная потеря устойчивости участков спиральных ребер между узлами пересечения ребер.

При осевом сжатии оболочки ее кольцевые ребра оказываются растянутыми, причем уровень напряжений в них невелик, и разрушение исключено.

Требования к жесткости конструкции обычно задаются в виде ограничений, накладываемых на перемещения конструкции под действием осевой и поперечной силы.

Ограничения, накладываемые на осевую жесткость < и поперечную жесткость 5 у < 5 ,

имеют вид

Я >

2nRB L

Sy >-

1

3nR3 B

' 3R2 B Л

1 + ~2-

V LB33 J

чатой структуры; h - высота ребер; R - радиус цилиндрической оболочки; L - длина цилиндрической оболочки; с = cos9; s = sin9; 5c =5С / ас; 5к =5к/ ак ; 5с, 5к - ширина спиральных/ кольцевых ребер; ас, ак -расстояния между спиральными (по нормам к оси ребра)/ кольцевыми ребрами; Ec, ER - модуль упругости спиральных/ кольцевых ребер.

Целевая функция и ограничения в форме неравенств являются нелинейными, т. е. рассматриваемая задача принадлежит к классу нелинейных задач математического программирования. Решение таких задач, как правило, основано на замене ограничений в форме неравенств равенствами с последующим использованием одного из методов условной оптимизации [3; 4] (метод множителей Лагранжа, метод штрафных функций, градиентные методы). При заданных в нашем случае ограничениях поиск решения будем проводить численно. Будем использовать метод барьерных функций, реализованный в системе MATLAB [5].

Реализованный подход позволяет получить не только оптимальную конфигурацию сетчатой структуры, но и ряд конфигураций, близких к ней. Целевая функция (масса сетчатой структуры) часто является достаточно пологой в районе минимума, поэтому в качестве итогового может быть выбран не только оптимальный набор параметров сетчатой структуры, но и ряд параметров, близких к оптимальному. Им будут соответствовать незначительно большие значения массы конструкции, однако они могут обладать некоторыми преимуществами по сравнению с оптимальным, например, коэффициенты запаса по некоторым формам разрушения для них будут выше, чем для оптимального варианта, либо размеры ребер будут более предпочтительны с технологической точки зрения.

Эффективность и работоспособность сетчатой конструкции, естественно, определяются значениями перечисленных выше параметров, которые должны быть найдены в процессе проектирования, обеспечивать возможно более высокую эффективность и удовлетворять системе проектных и технологических ограничений, обеспечивающих в свою очередь возможную реализацию и работоспособность конструкции.

Библиографические ссылки

1. Васильев В. В. Механика конструкций из композиционных материалов. М. : Машиностроение, 1988. 272 с.

2. Bunakov V. A. Design of Axially Compressed Composite Cylindrical Shells with Lattice Stiffeners // Optimal Structural Design. Technomic Publishing Co, 1999. P. 207-246.

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов

3. Методы условной оптимизации - Энциклопедия по машиностроению XXL [Электронный ресурс]. URL: http://mash-xxl.info/info/9360/ (дата обращения: 5.08.2016).

4. Методы оптимизации [Электронный ресурс]. URL: http://bigor.bmstu.m/?cnt/?doc=120_0pt/opt002.t1ie (дата обращения: 10.08.2016).

5. Трифонов А. Г. Постановка задачи оптимизации и численные методы ее решения [Электронный ресурс]. URL: http://matlab.exponenta.ru/optimiz/ book_2/3_4.php (дата обращения: 5.08.2016).

References

1. Vasil'ev V. V. Mekhanika konstruktsiy iz kompozitsionnykh materialov. [Mechanics of composite structures]. 1988, Moscow: Mashinostroenie, 272 p.

2. Bunakov V. A. Design of Axially Compressed Composite Cylindrical Shells with Lattice Stiffeners // Optimal Structural Design. Technomic Publishing Co, 1999. P. 207-246.

3. Metody uslovnoy optimizatsii - Entsiklopediya po mashinostroeniyu XXL. Available at: http://mash-xxl.info/info/9360/ (accessed 5.8.2016).

4. Metody optimizatsii. Available at: http://bigor.bmstu.ru/?cnt/?doc=120_0pt/opt002.t1ie (accessed 10.8.2016).

5. Trifonov A. G. Postanovka zadachi optimizatsii i chislennye metody ee resheniya. Available at: http://matlab.exponenta.ru/optimiz/book_2/3_4.php (accessed 5.8.2016).

© Исеева О. А., Кравченко Ю. С., Двирный В. В., Крушенко Г. Г., Пацкова Е. Г., 2016

УДК 629.7.064.2

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАПРАВКИ КСЕНОНОМ БАКОВ СИСТЕМЫ КОРРЕКЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Д. Г. Киндяков1, В. В. Двирный2

1АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва»

Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Работа посвящена анализу существующей на АО «ИСС» технологии заправки ксеноном баков системы коррекции космического аппарата и описанию другого способа заправки путем замены консервационного газа ксенона на гелий высокой чистоты.

Ключевые слова: технология заправки, ксенон, системы коррекции.

IMPROVING TECHNOLOGY OF FILLING TANKS WITH XENON OF SPACECRAFT CORRECTION SYSTEM

D. G. Kindyakov1, V. V. Dvirniy2

1JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation

2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Ave., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

The article analyses the technology to fill tanks with xenon of spacecraft correction system existing in JSC ISS and the description of other filling technologies, which means replacement of conservation gas of xenon by helium of high purity.

Keywords: technology of filling, xenon, correction systems.

В настоящее время большинство ведущих миро- на весь срок активного существования КА к ксенону вых производителей космических аппаратов (КА), в предъявляются особые требования по чистоте [2]. том числе АО «ИСС», для корректировки положения В связи с этим одной из важных операций подготовки аппарата на орбите используют стационарные плаз- КА является заправка баков ксеноном; на АО «ИСС» менные двигатели [1]. Рабочим телом для данных в последнее время широкое применение находит ксе-двигателей является газ ксенон. Ксенон - это инерт- ноновый бак высокого давления (КБВД). ный газ с большой массой, при помощи которого в В современных КА негерметичного исполнения системе коррекции КА обеспечивается управляющее бак для ксенона находится внутри силовой конструк-воздействие. Для обеспечения бесперебойной работы ции аппарата, что исключает их отстыковку на момент