CC BY
67УДК 629.20
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И СОЗДАНИИ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ И КОМПЛЕКСОВ
Н. А. Кузьмина
Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 E-mail: [email protected]
Представлены современные достижения проектирования, применение трехмерного моделирования при проектировании космических аппаратов, применение программ «Логос» при проектировании и создании космических систем и комплексов.
Ключевые слова: современные информационные технологии, космические системы и комплексы, проектирование, 3-D моделирование, пакет программ «Логос».
APPLYING MODERN INFORMATION TECHNOLOGIES TO THE DESIGN AND CREATION OF SPACE SYSTEMS AND COMPLEXES
N. A. Kuzmina
Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation E-mail: [email protected]
The author covers the problem of applying modern information technologies in the design and creation of space systems and complexes.
Keywords: modern information technology, space systems and complexes, designing, 3D-modeling software package "Logos".
В настоящее время применение современных информационных технологий при проектировании и создании космических систем и комплексов постепенно становится одним из основных инструментов создания сложных инженерных объектов. Наиболее выражена эта тенденция в космической отрасли, так как космические системы, как правило, чрезвычайно сложны и дорогостоящи и требуют, с одной стороны, тщательной отработки и обеспечения максимальной надежности, с другой - экономии средств.
Систематизация и анализ накопленного опыта по применению методологии программно-целевого подхода к реализации космических программ и разработке космических систем показывают, что среди мер, направленных на эффективное использование материальных и финансовых ресурсов, наряду с совершенствованием планирования, управления и организации космической деятельности высокой эффективностью обладает направление, связанное с внедрением в космических системах и комплексах новейших научных достижений и технико-технологических решений.
Последние составляют резерв для разработки перспективных космических программ и высокоэффективных космических систем. Их реализация в разрабатываемой космической технике обеспечивается:
- поиском и исследованием новых научных принципов и методов разработки космических систем;
- развитием и внедрением новых технологий построения и применения космических средств;
- комплексной оптимизацией технических решений при создании космической техники;
- формированием и использованием рационального опережающего задела по созданию перспективных космических систем и комплексов.
При проектировании космических аппаратов особую роль играет трехмерное моделирование конструкции и компоновки - это экономически эффективно и позволяет получить первые результаты непосредственно с самого начала моделирования. Создание космических аппаратов представляет собой очень сложный процесс, что связано с множеством самых разнообразных и трудно формализуемых факторов. На начальном этапе проектирования космического аппарата, как правило, имеется ограниченный набор исходных данных.
Но за время существования космической отрасли накоплен большой теоретический и практический материал, позволяющий строить компьютерные модели, описывающие состав бортовых систем и конструкцию космического аппарата с любой степенью точности [1]. Так как построение физической модели будущего космического аппарата представляет собой сложный и долгий по времени процесс, то целесообразным является построение компьютерной модели в системах автоматизированного проектирования. Это дает возможность, во-первых, визуально представить космический аппарат, во-вторых, можно исследовать конструкцию на предмет эксплуатационных характеристик. Такими характеристиками являются проч-
<Тешетневс^ие чтения. 2016
ность, надежность, материал, подъемная сила космического аппарата и другие.
Модель позволяет учесть влияние таких внешних факторов, как состояние перегрузки, вибрационное воздействие, тепловое и радиационное излучение и других. Сам процесс проектирования космического аппарата тоже довольно длительный и дорогостоящий. И поэтому с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР) есть возможность в процессе проектирования и разработки космического аппарата создать трехмерные модели до начала изготовления деталей. Значительный объем задач макетирования возможно реализовать на 3D-модели изделия. САПР имеют специализированные инструменты для выполнения моделей с учетом технологических и прочих особенностей.
Применение этих инструментов существенно снижает объем модели и повышает удобство работы с ней. Это позволяет выявить ошибки и недоработки на более ранних этапах, а следовательно, уменьшает общее время изготовления изделия. Исходя из условий обеспечения выполнения задач макетирования, к электронной модели изделия можно предъявить следующие требования:
3D-модель должна максимально соответствовать конструкторской документации. К сожалению, добиться полного соответствия очень трудно по той причине, что при разработке трехмерной модели по различным причинам допускаются допущения и некоторые отличия;
создание модели должно осуществляться с помощью одной CAD-системы с использованием единой системы управления инженерными данными. Возможно создание отдельных узлов и блоков в различных CAD-системах с последующим конвертированием моделей;
модели подвижных элементов должны позволять отображать их штатное срабатывание;
помимо приборов, агрегатов и систем должны быть смоделированы технологические процессы их установки в изделие в тех случаях, когда большие габариты и масса приборов, агрегатов, систем, минимальные зазоры в зонах установки или отсутствие возможности визуального контроля переводят технологические процессы в разряд критических;
при моделировании технологических процессов должны быть созданы модели технологического оборудования в случае его применения при монтаже приборов, агрегатов и систем;
трехмерная модель изделия должна позволять отображать разборку его на модули и агрегаты. При этом создаваемые материалы могут войти в эксплуатационную документацию, в частности в интерактивные электронные технические руководства [2].
На данный момент во многих направлениях высокотехнологичного производства человечество начинает упираться в «потолок» технических возможностей традиционных методов обработки материалов. Внедрение инновационных способов прототипирова-ния и производства, таких как 3D-печать, позволяет перешагнуть эти барьеры и реализовать самые смелые идеи конструкторов и ученых.
Применение аддитивных технологий все больше влияет на ускорение внедрения прорывных идей в дизайне, машиностроении и, конечно, ракетостроении.
Разумеется, наибольший интерес для производства и изготовления современных изделий ракетно-космической техники (РКТ) представляет «печать» в металле. Печать в пластике на данный момент не адаптирована для изготовления штатных и летных изделий в силу малых конструкционных свойств пластиков.
Однако весьма любопытным является рассмотрение вопроса изготовления деталей и сборочных единиц из пластика на 3D-принтере для опытно-конструкторских разработок новейших образцов РКТ. Таким образом, печать в пластике представляет насущный интерес для конструкторов при разработке, компоновке и изготовлении конструкторских макетов вновь создаваемых сложных изделий, состоящих из большого числа различных агрегатов и узлов, имеющих сложную геометрическую увязку. На сегодняшний день широко освоена и внедрена технология 3D-проектирования новых изделий в различных системах автоматизированного проектирования, таких как Компас 3D, Solid Works, NX и другие. Компьютерное 3 D-моделирование существенно облегчает труд конструктора, позволяя при этом избежать ряда ошибок при изготовлении нового изделия «в железе», а также обеспечивает куда большую наглядность [3].
Однако же компьютерное моделирование, оставаясь виртуальным, не решает всех проблем и не позволяет обнаружить все ошибки и недочеты при проектировании изделий и их блоков, т. е. сложных сборных систем, состоящих из агрегатов различного назначения и связанных между собой «хитрой» геометрической компоновкой (ярким примером таких систем являются ракетные двигатели и связанные с ними системы) [4]. Эти проблемы приходится решать при сборке макетов изделий в металле, что может приводить к повторному изготовлению деталей и сборочных единиц, изменивших свою геометрию в процессе увязки компоновки изделия. В связи с вышеизложенным отказ от макетов (конструкторских и тем более образцов макетов) является преждевременным.
Технология 3D-печати в пластике приходит здесь на помощь, способствуя существенному удешевлению, упрощению и ускорению процесса изготовления конструкторских макетов новых проектируемых изделий [5].
Таким образом, применение трехмерного моделирования при проектировании космических аппаратов экономически эффективно, позволяет устранить ошибки проектирования на ранних этапах, сокращает сроки проектирования и изготовления аппаратов.
Библиографические ссылки
1. Панченко В. А. Применение аддитивных технологий при проектировании изделий и блоков ракетно-космических систем // Тезисы докладов XX научно-технологической конференции молодых учёных и специалистов (10-14 ноября 2014, г. Королёв). Королев, 2014. С. 400-402.
2. САПР и графика. Особенности процесса создания трехмерной модели конструкции космического аппарата дистанционного зондирования. [Электронный ресурс]. URL: http://www.sapr.ru/ article.aspx?id = 22132&iid=1013. Режим доступа - свободный.
3. Вишняков А. Ю., Дерюгин Ю. Н. Пакет программ Логос. Модуль расчета сопряженных и связанных задач теплопереноса // Труды Московского физико-технического ин-та [Электронный ресурс]. URL: http://www.sapr.ru/article.aspx?id=22132&iid= 1013. Режим доступа - свободный.
4. Алексеев А. Н. Государственное регулирование инвестиционной деятельности в машиностроении России // Инновационные технологии и экономика в машиностроении : сб. тр. V Междунар. науч.-практ. конф. / Томск. гос. политехн. ун-т. 2014. С. 97-101.
5. Мысаченко В. И., Стаурин Г. Н. Стимулирование инновационной активности машиностроительных предприятий // Бизнес в законе. Экономико-юридический журнал. 2013. № 2. С. 223-226.
References
1. Panchenko V. A. Application of additive technologies in the design of products and units of rocket and space systems // proceedings of the XX scientific-
technological conference of young scientists and specialists (10-14 November 2014, the city of Korolev). Korolev, 2014. P. 400-402.
2. The journal "CAD and graphics". Features of the process of creating three-dimensional models of spacecraft remote sensing. [Electronic resource]. URL: http://www.sapr.ru/article.aspx?id=22132&iid=1013, mode of access - free.
3. Vishnyakov A., Deryugin Yu. N. The Logos software. A module for calculating the conjugate and the related tasks of heat transfer // Proceedings of Moscow Institute of physics and technology [Electronic resource]. URL: http://www.sapr.ru/article.aspx?id=22132&iid= 1013, mode of access - free
4. Alekseev A. N. State regulation of investment activity in machine building of Russia // Innovative technologies and Economics in mechanical engineering proceedings of the V International scientific-practical conference. Tomsk Polytechnic University, 2014. Р. 97-101.
5. Mischenko V. I., Laurin G. N. Stimulation of innovative activity of machine-building enterprises // Business in law. Economic-legal journal. 2013. No. 2. Р. 223-226.
© Кузьмина Н. А., 2016
УДК 62-238.9
РАЗРАБОТКА УЗЛА РЕГУЛИРОВКИ НАТЯЖЕНИЯ ВАНТ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ КОМПОЗИТНОГО БАКА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Е. Д. Мироненко
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: [email protected]
Представлены результаты работ по проектированию высокотехнологичного узла регулирования натяжения вантовой системы, применяемой для закрепления композитных баков высокого давления на силовую конструкцию корпуса космического аппарата.
Ключевые слова: композитный бак высокого давления, вантовая система, узел регулировки натяжения, космический аппарат.
DESIGN OF HIGH-TECH CONTROL UNIT OF GUY SYSTEM TENSION FOR COMPOSITE OVERWRAPPED PRESSURE VESSEL FASTENING
E. D. Mironenko
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
The results of the research on the design of high-tech control unit of guy system tension for composite overwrapped pressure vessel fastened to the body bearing structure of spacecraft.
Keywords: composite overwrapped pressure vessel, guys' system, tension control unit, spacecraft.
Введение. В настоящее время в спутникостроении давления (КБВД, бак) для размещения необходимого (как отечественном, так и зарубежном) широкое рас- объема топлива на борту космического аппарата (КА). пространение получили композитные баки высокого Использование подобных баков позволяет:
