CC BY
37Основным преимуществом представленной конструктивно-компоновочной схемы является малое количество отражательных панелей. Это ведет к повышению надежности конструкции и увеличению точности отражающей поверхности. Минимальные габариты рефлектора в сложенном положении позволяют размещать под головным обтекателем РН космические аппараты с крупногабаритными антеннами. Такие КА способны выполнять задачи по исследованию дальнего космоса, обеспечивать связь с аппаратами, отправленными в экспедиции к другим планетам, и ряд специальных задач, предполагающих формирование высокоскоростного канала связи.
Библиографические ссылки
1. Пат. 4862190 США. Deployable offset dish structure / Palmer W. B., Giebler M. M. № US 07/049,919 ; заявл. 15.05.1987 ; опубл. 29.08.1989, 10 с.
2. Пат. 3064534 США. Reflector for space vehicle / Tumavicus J. W.; заявл. 13.04.1960 ; опубл. 20.11.1962, 5 с.
3. University of Cambridge [Электронный ресурс]. URL : http : //www2. eng. cam. ac. uk/~sdg/dstruct/ssda. html (дата обращения 10.09.2014).
References
1. Palmer W. B., Giebler M. M. Deployable offset dish structure. Patent US, no. 4862190, 1987.
2. Tumavicus J. W. Reflector for space vehicle. Patent US, no. 3064534, 1960.
3. University of Cambridge. Available at: http://www2.eng.cam.ac.uk/~sdg/dstruct/ssda.html (accessed 10.09.2014).
© Литовка Д. А., Тайгин В. Б., Лопатин А. В., 2015
УДК 620.179.12
СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА И ЭКСПЕРИМЕНТА АНИЗОГРИДНОЙ
СЕТЧАТОЙ КОНСТРУКЦИИ
В. Н. Наговицин, М. Ю. Пермяков, Е. С. Писарева, Ю. Б. Чекунов
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: [email protected]
В настоящие время в ракетно-космической отрасли применяются анизогридные сетчатые конструкции, выполненные из композитных материалов. Сетчатые конструкции используются как силовые элементы, требующие высокой прочности, и как элементы для установки приборов системы ориентации и стабилизации, требующих стабильности положения под действием эксплуатационных факторов.
Ключевые слова: сетчатая конструкция, испытания, конечно-элементная модель, верификация.
COMPARISON OF ANISOGRID WEB STRUCTURE PREDICTED PROPERTIES AND EXPERIMENTAL RESULTS
V. N. Nagovitsin, M. Yu. Permyakov, E. S. Pisareva, Yu. B. Chekunov
JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Jeleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
Presently composite anisogrid web structures are widely used in the rocket and space industry. The web structures are employed as load bearing components with high strength properties and as components for integration of attitude determination and control subsystem requiring high stability of their position in operational environment.
Keywords: lattice structures, tests, finite element model, verification.
Введение. В сетчатых конструкциях основными несущими элементами являются ребра, которые обеспечивают одновременно мембранную и изгибную жесткость конструкции. Изготавливаются такие конструкции из однонаправленного углепластика, обладающего высокой удельной жесткостью и прочностью. Для высокомодульных углепластиков модуль упругости приближен к модулю стали при плотности
в 5 раз меньше. Такие характеристики обеспечивают исключительно высокую весовую эффективность сетчатых конструкций [1].
В работе рассматривается:
- построение конечно-элементной модели сетчатой конструкции;
- сравнение конечно-элементной модели с результатами жесткостных испытаний.
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
Целью данной работы является подтверждение характеристик материалов, использованных при изготовлении и верификация математической модели по результатам жесткостных испытаний сетчатой конструкции.
Анизогридная сетчатая конструкция изготовлена методом мокрой намотки углеродного жгута на основе М461 на оправку. Высота конструкции составила
I 200 мм, толщина ребра 4*4 мм, угол намотки 300. Сетчатая конструкция имеет два фланца, выполненных из титанового сплава. Диаметр конструкции равен 300 мм.
Мокрый способ намотки совмещает в одном технологическом процессе пропитку наполнителя и формирование изделия. При этом способе сухой жгут сматывается с бобин и катушек, пропитывается, проходя через ванну с жидким связующим [2].
Конечно-элементная модель (математическая) сетчатой конструкции создана с помощью элемента Plate. Plate - элемент пластины, учитывающий все внутренние силовые факторы: мембранные, сдвиговые поперечные и изгибные [3]. Конечно-элементная модель сетчатой конструкции содержит в себе 13 966 узлов и
II 370 элементов. Модель реализована с помощью препроцессора MSC/Femap. Для анализа расчетной модели использовался метод конечных элементов, реализованный в системе моделирования и конечно-элементного анализа конструкции MSC/NASTRAN [4].
Универсальный подход, лежащий в основе метода конечных элементов, заключается в представлении геометрии любого деформируемого тела в виде сово-
купности элементов простейшей формы: треугольной, четырехугольной и др. [5].
На рис. 1 представлена сетчатая конструкция, на рис. 2 - её конечно-элементная модель.
Испытания сетчатой конструкции. Отработка конструкции проводилась по консольной схеме закрепления по нижнему шпангоуту. Прикладываемая сила 2 200 Н. Нагружение конструкции проводилось поэтапно: от 0 до 100 % с шагом 10 %. На каждом этапе проводился контроль перемещений с помощью реперов, установленных в контрольных точках, и лазерного радара. Разгрузку проводили также поэтапно: 100 % - 0 % с таким же шагом, как при нагружении. Схема проведения испытаний представлена на рис. 3. Расположение объекта испытаний, контролируемых реперных сфер, лазерного радара и системы координат показано на рис. 4.
На рис. 5 и 6 представлены графики зависимости перемещений точек 4 и 5 от нагрузки. На рис. 5 и 6 прямой линией показаны расчетные данные, кривой -экспериментальные.
Заключение. В результате расчета сетчатой конструкции максимальные перемещения верхнего шпангоута получены 6,05 мм, а при экспериментальной отработке - 6,01 мм. В результате верификации значений расчета и эксперимента разница составила менее 1 %. Из полученных результатов следует, что характеристики материалов конструкции подтверждены в полном объеме, конструкция квалифицирована и может быть использована в модели общей сборки космического аппарата.
Верхний шпангоут
Конструкция
Нижний шпангоут
Рис. 1. Общий вид сетчатой конструкции
Рис. 2. Конечно-элементная модель
Рис. 3. Схема проведения испытаний
Рис. 4. Расположение сфер и радара
Рис. 6. График зависимости перемещения точки 5 от заданной нагрузки по оси У
Рис. 5. График зависимости перемещения точки 4 от заданной нагрузки по оси У
Библиографические ссылки
1. Анизогридные композитные сетчатые конструкции - разработка и приложение к космической технике / В. В. Васильев, В. А.Барынин, С. А.Петроковский, В. И. Халиманович // Композиты и наноструктуры. 2009. № 3. С. 38-39.
2. Крысин В. Н., Крысин М. В. Технологические процессы формования, намотки и склеивания конструкций. М. : Машиностроение, 1989. С. 137-145.
3. Рычков С. П. Моделирование конструкций в среде Femap with Nastran. М., 2013. С. 224.
4. MSC/ Software [Электронный ресурс]. URL: http://www.mscsoftware.ru/products/nastran (дата обращения 01.09.2015).
5. Шимкович Д. Г. Расчет конструкций в MSC/Nastran for Windows. М., 2001. С. 62.
References
1. Vasiliev V. V., Barynin V. A., Petrokovskii S. A., Khalimanovich V. I. [Anisogrid composite lattice structures - development and space applications] Composites and nanostructures. 2009, no. 3, p. 38-39. (In Russ.)
2. Krysin V. N., Krysin M. V. Composite structure molding, winding and gluing processes. Moscow. Mechanical engineering. 1989. p. 137-145. (In Russ.)
3. Rychkov S. P. Modeling of structures in the environment Femap with Nastran. Moscow. 2013. p. 224. (In Russ.)
4. MSC/ Software Available at: http://www.mscsoitware.ru/ products/nastran (accessed 01.09.2015).
5. Shimkovich D. G. Structural analysis in MSC/ Nastran for Windows. Moscow. 2001. p. 62. (In Russ.)
© Наговицин В. Н., Пермяков М. Ю., Писарева Е. С., Чекунов Ю. Б., 2015
УДК 519.62
РАСЧЕТ КОЛЕБАНИЙ КОМПОЗИТНЫХ СТЕРЖНЕЙ В ПАКЕТЕ COSMOS/M
В. А. Нестеров*, А. С. Суханов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассматривается КЭ модальный анализ композитного стержня, используемого в ферменной конструкции разгонного блока. Оцениваются результаты расчетов, выполненных на основе оболочечной и балочной моделей.
Ключевые слова: собственные колебания, композитный стержень, метод конечных элементов.
