Новые контактные полиуретановые клеи для КА Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

сткости смогут обеспечить меньшие коробления конструкции в углепластиковых изделиях в условиях космического пространства, что в свою очередь позволит создавать космические антенные комплексы с более высокими техническими характеристиками, в том числе для работы в оптическом диапазоне. Поэтому разработка адамантан-олигоциануратного связующего является перспективной задачей современного материаловедения.

References

1. URL: http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/ servicing/ SM4/main/SLIC_FS_HTML.html.

2. URL: http://www.hexcel.com/Solutions/Aerospace/ AJames-Webb-Telescope.

3. URL: http://www.compositesworld.com/articles /the-private-space-race.

© Вихров И. А., Аристов В. Ф., Гуров Д. А., 2015

УДК 678.686 + 678.643

НОВЫЕ КОНТАКТНЫЕ ПОЛИУРЕТАНОВЫЕ КЛЕИ ДЛЯ КА

С. Н. Гладких*, И. В. Ткаченко, А. И. Вялов

Открытое акционерное общество «Композит» Российская Федерация, 141070, Московская область, г. Королёв, ул. Пионерская, 4

E-mail: [email protected]

Для наклеивания опор для закрепления кабелей и межблочных трубопроводов на корпусе КА, изготовления спиральных антенн разработаны малогазящие контактные эластичные клеи с высокой липкостью и адгезионными характеристиками.

Ключевые слова: полиуретановые монтажные клеи, прочность при сдвиге, прочность при отрыве, тиксо-тропность, газовыделение.

NEW CONTACT POLYURETHANE ADHESIVES FOR SPACECRAFT

S. N. Gladkikh*, I. V. Tkachenko, A. I. Vyalov

Open Joint Stock Company "Kompozit" 4, Pionerskaya Str., Korolyov, Moscow Region, 141070, Russian Federation E-mail: [email protected]

Low outgassing contact flexible adhesives with high tackiness and adhesion are developed. The adhesives are suitable for production of helices and for adhering bases used for mounting cables and interblock pipelines on spacecraft frame.

Keywords: polyurethane assembly adhesive, shear strength, peel strength, thixotropy, outgassing.

Для контактного наклеивания опор (скоб и кронштейнов), предназначенных для закрепления кабелей БКС и межблочных трубопроводов системы коррекции на корпусе КА, разработан монтажный тиксо-тропный клей (МТК) с высокой липкостью, позволяющей устанавливать элементы крепежа из алюминиевого сплава, углепластиков после их фиксации в течение 5-10 минут, после чего происходит дальнейшее отверждение клея (без давления) при температуре (25 ± 10) °С с набором прочности на сдвиг не менее 5,0 МПа в течение суток и до 7-10 МПа в течение последующих 3-5 суток. Полученное клеевое соединений работоспособно в интервале температур ±150 °С. До сих пор в АО «ИСС» скобы и кронштейны устанавливаются на клей ВК-9, что требует обеспечения давления на каждом элементе крепежа с помощью грузов в течение 24 ч при температуре (20 ± 5) °С.

МТК опробован также в производстве спиральных антенн для приклеивания медного проводника по

спирали на стеклопластиковой трубе в соответствии с конструкторской документацией и технологическим процессом 107.01188.53454, разработанным цехом крупногабаритных антенн. В АО «ИСС» для этого более 20 лет используется клей БФ-4 с высоким газовыделением (ПМР = 11-12 %, ЛКВ = 0,21-0,27 %), требующий проведения дополнительной операции обезгаживания в вакууме при температуре 120 °С в течение 24 ч, после которой появляется отдельная волнистость ленты, связанная как с разницей температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) (16,8-10-6 1/К ленты ДПРНм1 и (6-10)-10-6 1/К стеклопластика СТЭФ-У), так и с выходом газообразных продуктов в процессе термовакуумного воздействия.

Прочностные характеристики клеев типа МТК представлены в табл. 1. Клей МТК обеспечивает прочность 4,9 кН/м на отслаивание клеевого соединения латунная сетка и алюминиевый сплав АМг6.

Решетнеескцие чтения. 2015

Таблица 1

Прочности соединений сплава АМг6 на клеях типа МТК при температуре от -196 °С до 200 °С

Наименование показателя Значение показателя для

МТК МТК-1

Прочность на сдвиг соединений сплава АМг6 при 20 °С через 3 ч через 24 ч после склеивания через 3 суток после склеивания через 5-7 суток после склеивания 1,0 1,26

5,0-6,0 8,2-9,0

6,2-6,3 10,1

7,3-9,6 12,9

Прочность на сдвиг при 90 °С 2,1-2,3 -

Прочность на сдвиг при 150 °С 1,5-1,8 2,0

Прочность на сдвиг при 200 °С 0,4 0,5

Прочность на сдвиг при температуре -196 °С 8,9-9,5 -

Прочность на сдвиг соединений углепластика КМУ-4Л при 20 °С при 150 °С 7,6 4,5 -

Прочность при отрыве при температуре 20 °С 10,0 17,9

Прочность при отрыве при температуре 150 °С 0,8-0,9 1,1

Прочность на отслаивание соединений АМг6 и ленты кремнеземной КЛ-11 при 20 °С >15 Н

Таблица 2

Прочности соединений материалов на клеях МТК и КЭК

Склеиваемые материалы Прочность на сдвиг, МПа, при температуре 25 °С (характер разрушения) на клее

МТК КЭК

ПЭТФ пленка с металлизацией 0,11-0,13 (по пленке и металлизации) 0,13-0,15 (по пленке, отслоение металлизации)

Полиимидная пленка с металлизацией 0,15-0,16 (по пленке, отслоение металлизации) 0,2-0,24 (по пленке, отслоение металлизации)

Алюминиевый сплав АМг6 через 24 ч через 5 суток 5,0-6,0 (по клею) 7,3-8,4 (по клею) 5,2-7,1 (по клею) 10,5-11,2 (по клею)

По данным табл. 1 видно, что МТК при температуре 20 °С в течение 24 ч с набором прочности 4,5-6,0 МПа через 7 суток после склеивания обеспечивает прочность 7,3-9,6 МПа при температуре 20 °С, не менее 1,8 МПа при 150 °С и не менее 8,9 МПа при температуре минус 196 °С.

Клей МТК-1 быстрее, чем МТК, набирает прочность после склеивания, через 7 суток после склеивания обеспечивает прочность 12,9 МПа при 20 °С, не менее 2,0 МПа при 150 °С, но по сравнению с клеем МТК имеет меньшую жизнеспособность - 3 ч в закрытом состоянии. Установлено, что клей МТК имеет температуру стеклования 106-109 °С, это значительно выше, чем у других полиуретановых клеев на алифатических олигоэфирах, радиационную стойкость к воздействию ионизирующего излучения электронов с суммарной дозой 300 Мрад; показатели газовыделения по РД 134-0144-207: ПМ = 1,11 %; ЛКВ = 0,07 %; ВВП = 0,54 %; ПМР = 0,57 %.

По результатам проведенных ускоренных климатических испытаний (УКИ) соединений сплава АМг6 с клеем МТК установлено сохранение прочностных характеристик клеевого соединения на отрыв и отслаивание в течение 26 лет: прочность при сдвиге увеличилась на 280 %; прочность при отрыве увеличивается на 324 %; предел прочности при растяжении остался на уровне исходных показателей; относительное удлинение при растяжении остается равным 8 %.

Клей МТК опробован в КБ «Салют» ФГУП ГКНПЦ им. М. В. Хруничева для склеивания образцов углепластика, алюминиевых сплавов, тканей, рекомендован для применения на изделиях разработки предприятия.

Разработаны также образцы малогазящего крио-генностойкого эластичного клея (КЭК) с высокой липкостью (конфекционными свойствами), работоспособного в интервале температур от минус 196 °С до плюс 90 °С, предназначенного для склеивания металлизированных полиимидной (толщиной 20 мкм) и лавсановой пленок при изготовлении криоэкрана обсерватории «Миллиметрон».

Основное преимущество клея КЭК по сравнению с клеем МТК - отсутствие растворителя в составе клея, что делает клей малотоксичным, безусадочным, обеспечивает его большую жизнеспособность до 1-2 ч в открытом клеевом слое, тогда как жизнеспособность клея МТК до 20 минут в открытом клеевом слое. Клей КЭК является также более эластичным (имеет относительное удлинение при растяжении 40-55 %) и обеспечивает более высокую прочность склеивания на сдвиг пленочных материалов и алюминиевых сплавов по сравнению с клеем МТК.

В табл. 2 представлены прочности соединений по-лиэтилентерефталатной (ПЭТФ), полиимидной пленок и алюминиевых сплавов на клее КЭК в сравнении с клеем МТК.

В настоящее время клей КЭК проходит опробование в АО «ИСС» в части оценки его технологических свойств и разработки технологии склеивания пленочных материалов для изготовления криоэкрана обсерватории «Миллиметрон».

Таким образом, для применения на КА разработаны полиуретановые монтажные тиксотропные

клеи МТК и КЭК с минимальным газовыделением, хорошей липкостью, не требующие давления при склеивании, эластичные, при склеивании алюминиевых сплавов набирающие прочность не менее 5 МПа за 24 ч.

© Гладких С. Н., Ткаченко И. В., Вялов А. И., 2015

УДК 629.76/78.001.63

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ КОСМИЧЕСКОГО КРУПНОГАБАРИТНОГО РЕФЛЕКТОРА

Н. Н. Голдобин, Я. Л. Голдобина

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

E-mail: [email protected]

Рассмотрена разработанная авторами статьи методика расчета температурных деформаций крупногабаритного сетчатого рефлектора космического аппарата. Определена степень влияния температурных деформаций силового каркаса рефлектора и его штанги на положение и форму отражающей поверхности. Приведены рекомендации по использованию данной методики в процессе проектирования конструкции антенны с крупногабаритным рефлектором.

Ключевые слова: космический аппарат, отражающая поверхность, рефлектор, температурные деформации.

THE METHOD OF CALCULATING TEMPERATURE DEFORMATIONS OF THE SPACE LARGE-SIZE REFLECTOR

N. N. Goldobin, Y. L. Goldobina

JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]

The technique to calculate temperature deformations of a large-size mesh reflector of the spacecraft is developed by authors of this article. Degree of influence of temperature deformations of a reflector force structure and boom on position and the form of a reflecting surface are defined. The authors propose recommendations about change of a reflector design and a bar for the indemnification purpose of this influence.

Keywords: the spacecraft, a reflecting surface, a reflector, temperature deformations.

Основными факторами, влияющими на тепловой режим рефлектора космического аппарата в условиях открытого космоса, являются [1]: нагрев за счет солнечного излучения, нагрев за счет отраженного от Земли солнечного излучения, нагрев за счет собственного инфракрасного излучения Земли, нагрев за счет отраженного от элементов конструкции спутника солнечного излучения. Эти факторы являются причиной возникновения так называемых температурных деформаций, вносящих существенный вклад в бюджет геометрической точности отражающей поверхности рефлектора (ОПР) и, как следствие, ухудшающих радиотехнические характеристики антенны. Поэтому при проектировании крупногабаритного космического рефлектора, к которому предъявляются высокие требования по точности, немаловажной является оценка его температурных деформаций.

Исходные данные для расчета температурных деформаций рефлектора содержат информацию о полной

деформации ОПР при действии на конструкцию космического аппарата (и рефлектора в частности) теплового потока, вызванного солнечным излучением. Под полной деформацией ОПР понимается деформация, вызванная линейными и угловыми отклонениями штанги относительно номинального положения, а также деформациями силового каркаса (и связанной с ним формообразующей структуры) рефлектора.

Методика расчета температурных деформаций крупногабаритного космического рефлектора (общая схема приведена на рисунке) сводится к определению параметров геометрической точности ОПР, к которым относят:

- вектор перемещения фокуса параболоида наилучшего соответствия (ПНС) относительно положения фокуса теоретического параболоида (фазовый центр облучателя);

- угол между фокальной осью ПНС и фокальной осью теоретического параболоида;