Верификация конечно-элементной модели криоэкрана телескопа космической обсерватории «Миллиметрон» по результатам жесткостных испытаний створки Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты

УДК 621.29.03

ВЕРИФИКАЦИЯ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ КРИОЭКРАНА ТЕЛЕСКОПА КОСМИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ «МИЛЛИМЕТРОН» ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЖЕСТКОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ СТВОРКИ

П. О. Агеев, В. В. Скрябин

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

E-mail: [email protected]

Конечно-элементные модели (КЭМ), созданные на ранних этапах проектирования космического аппарата (КА), после испытаний требуют их уточнения. Приведен пример верификации КЭМ криоэкрана обсерватории «Миллиметрон».

Ключевые слова: обсерватория «Миллимитрон», КЭМ, криоэкран, жесткостные испытания, модальный анализ.

VERIFICATION OF THE FINITE-ELEMENT MODEL OF TELESCOPE CRYO-SCREEN OF THE SPACE OBSERVATORY "MILLIMETRON" BY THE RESULTS OF THE FLAP HARDNESS TESTS

P. O. Ageev, V. V. Skryabin

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]

Finite-element models (FEM) are generated at the early stages of the spacecraft designing, the models need their specification after the tests. This article gives an example of the verification of the FEM cryo-screen of space observatory "Millimetron".

Keywords: Observatory "Millimetron", FEM, cryo-screen, hardness tests, modal analysis.

Космический телескоп (КТ) предназначен для исследования объектов Вселенной в миллиметровом и инфракрасном диапазонах длин волн с ультравысокой чувствительностью и со сверхвысоким угловым разрешением. Рабочий диапазон длин волн в режиме од-нозеркального телескопа 0,02-0,8 мм; в режиме интерферометра космос-земля 0,3-17мм.

Криоэкран входит в состав системы активного охлаждения. Его задачей является минимизация тепло-притоков от теплозащитных экранов к зеркальной системе телескопа и приборам приемного комплекса, расположенным в охлаждаемом контейнере. Задаваемая величина рабочей температуры криоэкрана равна 20 К [1].

Конструктивно криоэкран (рис. 1) состоит из двадцати четырех радиально расположенных створок, каждая из которых представляет собой многослойную конструкцию, которая включает в себя: две обшивки и сотовый заполнитель. Общий вид створки криоэ-крана представлен на рис. 2. Створки между собой соединены металлизированной полиимидной пленкой. При срабатывании системы раскрытия криоэкра-на происходит поворот панелей, при котором они занимают рабочее положение.

Створка моделировалась при помощи конечно-элементной (КЭ) многослойной оболочки типа LAMINATE. Сечение переменное от 10 мм до 60 мм, сверху вниз соответственно [2].

Рис. 1. Створка криоэкрана Рис. 2. Криоэкран

в рабочем положении

Общий вид КЭМ криоэкрана в рабочем положении показан на рис. 3. Общий вид КЭМ створки криоэкрана показан на рис. 4.

КЭ MEMBRANE КЭ BEAM (пленка) ч (Система раскрытия)

Рис. 3. КЭМ криоэкрана в рабочем положении

Решетневскуе чтения. 2017

Таблица 1

Сравнение результатов испытаний и результатов расчета

Максимальные перемещения, мм

№ измеряемой точки Нагружение в сторону алюминиевой обшивки Нагружение в сторону фольги А-2 % Расчетные перемещения по КЭМ Среднее значение перемещений при испытаниях Д3-4 %

1 2 3 4

Р5 13,2 12,9 2,3 16,7 13,1 21

Р8 54,2 53,4 1,5 61,8 53,8 13

Р11 128,6 127,8 0,6 140,8 128,2 9

P

КЭ LAMINATE (створки) Обшивка В95 Сот. зап. АМг2-Н-3,5-20П Обшивка В95 Фольга АД1

Вычисление собственных форм и частот конструкции необходимо в различных видах динамического анализа при решении задач методом разложения отклика по собственным формам.

Таблица 2

Результаты расчета верифицированной модели

Узлы крепления КЭМ

Рис. 4. КЭМ створки криоэкрана

Определение жесткостных характеристик створки криоэкрана проводилось на этапе КДИ.

Производилось поэтапное нагружение створки силой Р, сначала в сторону алюминиевой обшивки, затем в сторону фольги.

На каждом этапе нагружения измерялось положение створки по индикаторам перемещений и контрольным маркам. По результатам измерений при жесткостных испытаниях проведен пересчет перемещений с учетом жесткости оснастки (табл. 1).

Расчетные значения перемещений превышают опытные значения на 8,5-21 %.

Жесткость створки при испытаниях оказалась выше расчетной. Полученные при испытаниях значения перемещений позволяют внести изменения в КЭМ створки криоэкрана. Жесткость створки можно изменить за счет изменения модуля упругости обшивок. Первоначальный модуль упругости обшивки В95 составляет Е = 71 ГПа. Изменяем его на Е = 84 ГПа. Проведем расчет перемещений верифицированной модели (табл. 2) [3].

Новые расчетные значения перемещений находятся или в пределах диапазона перемещений, полученных при испытаниях, или отличаются не более чем на 6 %. Верифицированная КЭМ створки может быть использована для корректировки модели криоэкрана и дальнейших расчетов.

Для обеспечения нормального функционирования криоэкрана в рабочем положении в составе космической обсерватории частота собственных колебаний конструкции криоэкрана должна быть не менее 0,12 Гц.

Максимальные перемещения, мм

№ измеряемой точки Среднее значение перемещений при испытаниях Расчетные перемещения верифицированной КЭМ А-2 %

1 2

Р5 13,1 14 6

Р8 53,8 53,4 0,7

Р11 128,2 122,2 4,5

Проведенный модальный анализ криоэкрана в рабочем положении показал, что первая частота собственных колебаний криоэкрана в рабочем положении составляет 1,19 Гц. Конструкция криоэкрана в рабочем положении требованиям по жесткости удовлетворяет (0,12 Гц).

Библиографические ссылки

1. Астрономический центр ФИАН Миллиметрон [Электронный ресурс]. URL: http://millimetron.ru/ (дата обращения: 25.08.2017).

2. Рудаков К. Н. FEMAP 10.2.0. Геометрическое и конечно-элементное моделирование конструкций. Киев : КПИ, 2011. 317 с.

3. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. М. : Стройиздат, 1982. 447 с.

References

1. Astro Space Center Millimetron. Available at: http://millimetron.ru/ (accessed: 05.08.2017). (In Russ.)

2. Rudakov K. N. FEMAP 10.2.0. Geometricheskoe i konechno-elementnoe modelirovanie konstrukciy. K. : KPI, 2011. P. 317. (In Russ.)

3. Bate K., Wilson E. Chislennie metodi analiza i metod konechnikh elementov. M. : Stroyizdat, 1982. P. 447. (In Russ.)

© Агеев П. О., Скрябин В. В., 2017