CC BY
57"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов
Библиографические ссылки
1. Основы конструирования ракет-носителей космических аппаратов : учебник для студентов втузов / Б. В. Грабин, О. И. Давыдов, В. И. Давыдов, В. И. Жихарев и др. ; под. ред. В. П. Мишина,
B. К. Карраска. М. : Машиностроение, 1991. 416 с.
2. Проектирование системы энергоснабжения научно-энергетического модуля для российского сегмента Международной космической станции / А. Г. Бидеев, А. Ю. Семин, А. В. Кузнецов, М. Р. Ахмедов // Космическая техника и технологии. 2015. № 2 (9).
C. 64-74.
3. Баничук Н. В. Введение в оптимизацию конструкций. М. : Наука, 1986.
4. Васильев В. В. Механика конструкций из композиционных материалов. М. : Машиностроение, 1988. 272 с. (Б-ка расчетчика / ред. кол.: Н. Н. Мали-нин (пред.) и др.).
5. Композиционные материалы в конструкции летательных аппаратов : сб. статей / пер. с англ. Г. А. Мо-лодцова ; под ред. проф. А. Л. Абибова. М. : Машиностроение, 1975. 272 с.
References
1. Osnovi konstruirovaniya raket-nositelei kosmicheskih apparatov [Design principles of rocket spacecraft] Uchebnik dlya studentov vtuzov [A textbook
for students of higher technical universities] / B. V. Grabin, O. I. Davidov, V. I. Davidov, V. I. Zhiharev et al. ; pod red. V. P. Mishina, V. K. Karraska. M. : Mashinostroenie, 1991. 416 р.
2. Proektirovanie sistemi energosnabzheniya nautchno-energetitcheskogo modulya dlya rossiiskogo segmenta Mezhdunarodnoi kosmitcheskoi stancii [Designing a power supply system of the science and power module for the International Space Station Russian segment] / A. G. Bideev, A. Yu. Semin, A. V. Kuznetsov, M. R. Akhmedov // Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii. 2015. № 2 (9). P. 64-74.
3. Banitchuk N. V. Vvedenie v optimizatciyu konstrukcii [Introduction to structural optimization]. M. : Nauka, 1986.
4. Vasiliev V. V. Mechanika konstrukcii iz komposicionnih materialov [Structural mechanics of composite materials]. M. : Mashinostroenie, 1988. 272 р.: il. (B-ka raschetchika / red. kol.: N. N. Malinin (pred.) et al.).
5. Composicionnie materiali v konstrukcii letatelnih apparatov [Composite materials in aircraft structures]. Sbornik statei [Digest of articles] / Perevod s angl. G. A. Molodcova, pod red. prof. A. L. Abibova. M. : Mashinostroenie, 1975. 272 s.
© Зимин В. Н., Смердов А. А., 2016
УДК 629.78
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ СОВРЕМЕННЫХ НЕГЕРМЕТИЧНЫХ СПУТНИКОВ
О. А. Исеева, Ю. С. Кравченко, В. В. Двирный, В. В. Савицкий, Е. Г. Пацкова
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: [email protected]
Рассмотрены виды центральной трубы, проведен сравнительный анализ между классической конструкцией из сотовых панелей, монолитной и сетчатой конструкциями, а также выделены их принципиальные особенности.
Ключевые слова: космический аппарат, центральная труба, анизогридная силовая труба, сетчатая конструкция, композиционные материалы, спиральные ребра, сотовый заполнитель.
COMPARATIVE ANALYSIS OF POWER BODY STRUCTURES OF MODERN NON-SEALED SATELLITES
O. A. Iseeva , Yu. S. Kravchenko, V. V. Dvirniy, V. V. Savitskiy, E. G. Patskova
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
The paper describes various types of the central tube, the comparative analysis between the classical structure of honeycomb panels, monolithic and mesh construction, as well as highlighting their principal features.
Keywords: spacecraft, central tube, anizogrid body tube, grid structure,composite materials, spiral ribs, honeycomb.
Современный космический аппарат (КА) является ся подсистема нонструкция. Конструкция КА состоит технически сложным объектом, состоящим из функ- из деталей, узлов, сборочных единиц, собранных во-циональных систем и подсистем. Одной из них являет- едино для обеспечения заданных характеристик [1].
<Тешетневс^ие чтения. 2016
а
Конструкции ЦТ современных космических аппаратов: а - ЦТ из сотовой сэндвич-панели спутника «ISO 8» (Thales Alenia Space) [3]; 6 - монолитная ЦТ спутника на базе платформы «SSTL GMP-T» (ESA) [4]; в - АСТ спутника «Экспресс-АМ5» (АО «ИСС») [5]
Основным силовым элементом конструкции негерметичных спутников российского и зарубежного исполнения является центральная труба (ЦТ), выполненная в виде полого цилиндрического отсека для размещения конструкционных панелей, оборудования и крепления элементов конструкции КА (см. рисунок).
ЦТ может быть представлена в следующих конфигурациях [2]:
1. Классическая конструкция из сотовой сэндвич-панели.
Сэндвич-панель ЦТ данного типа состоит из композитных обшивок с алюминиевым сотовым заполнителем между ними. Установка вставок в данную конструкцию - более капиталоемкая, трудозатратная и трудоемкая операция, чем установка вставок в монолитную конструкцию.
2. Монолитная конструкция.
ЦТ данного типа изготовлена из композитных обшивок без применения сотового заполнителя. Данная конструкция позволяет легко и быстро устанавливать вставки даже на поздних этапах изготовления.
3. Сетчатая конструкция.
ЦТ труба данного типа представлена в виде ани-зогридной силовой трубы (АСТ), включающей в себя корпус АСТ, выполненный в виде пространственной сетчатой конструкции из композиционных материалов, и интерфейсы для размещения оборудования, установки панелей, крепления элементов конструкции КА.
Принципиальная особенность первых двух конструкций заключается в том, что нагрузка в основном воспринимается обшивкой, а ребра или заполнитель обеспечивают изгибную жесткость и сопротивляемость потере устойчивости. При этом в композитных конструкциях такого рода ни обшивка, ни ребра не являются однонаправленными, что значительно снижает эффективные характеристики композитного материала.
В сетчатых конструкциях основными несущими элементами являются ребра, которые обеспечивают одновременно мембранную и изгибную жесткость конструкции и изготавливаются из однонаправленного углепластика, обладающего высокой удельной жесткостью и прочностью [2].
В конструкциях космических аппаратов, где присутствует необходимость применения ЦТ высотой во весь аппарат, масса силовой конструкции корпуса может быть существенно понижена в результате применения АСТ в качестве ЦТ.
Сетчатая конструкция является интегральной: соединение ребер между собой, а также с другими элементами конструкции реализуется в процессе полимеризации связующего композитного материала и не требует дополнительных элементов.
В настоящее время для ребер сетчатых конструкций, изготовленных в промышленных условиях из высокомодульных углепластиков (Е1 = 220ГПа), модуль упругости составляет 185 ГПа, т. е. приближается к модулю стали при плотности в 5,2 раза меньшей [2]. Объемное содержание волокон в ребрах примерно в 1,5 раза меньше, чем в традиционном композитном материале. Такие характеристики обеспечивают исключительно высокую весовую эффективность сетчатых конструкций.
Еще одна особенность сетчатых конструкций определяет ее высокую сопротивляемость потере устойчивости. Причина этого эффекта связана с начальными несовершенствами формы поверхности оболочки. Сетчатые оболочки, в отличие от традиционных монолитных, обладают свойствами самостабилизации -при осевом сжатии спиральные ребра растягивают кольцевые так, что сечение автоматически принимает круговую форму, и экспериментальная критическая нагрузка оказывается на уровне расчетной.
Основные преимущества сетчатой конструкции:
- сетчатая конструкция обладает высокой надежностью;
- сетчатые конструкции лишены принципиальных недостатков, присущих монолитным конструкциям с несущей обшивкой;
- сетчатая конструкция обладает свойствами самостабилизации;
- сетчатая конструкция является полностью интегральной.
Учитывая преимущества сетчатых конструкций, можно сделать вывод, что их использование приводит к положительным результатам в области решения
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
