CC BY
15Математические методы моделирования, управления и анализа данных
УДК 629.78.086
ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ С РЕШЕТКОЙ БРЭГГА ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УГЛЕПЛАСТИКОВЫХ ИЗОГРИДНЫХ УЗЛОВ ТРАНСФОРМИРУЕМЫХ СИСТЕМ КА
А. А. Мальцев
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
Рассмотрена возможность внедрения оптоволоконных датчиков деформации с решёткой Брэгга в изогридные узлы КА для контроля их напряжённо-деформированного состояния. Дана информация о текущем состоянии работ и перспективах развития.
Ключевые слова: оптоволоконные датчики деформации, композитные материалы.
THE POSSIBILITY OF APPLICATION FIBER BRAGG GRATINGS TO CONTROL STRESSEDLY-DEFORMATED CONDITION OF CARBON ISOGRID SATALLITE TRANSFORM SYSTEMS COMPONENTS
A. A. Maltsev
JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia
In this work was considering a possibility of embedding Fiber Bragg Gratings Gages to isogrid satallite component to control stressedly-deformed condition. Introduce the information of progress on this time and development possibility.
Keywords: fiber-optical sensors of deformation, composite materials.
В последние годы возрастает процент использования композитных материалов в составе трансформируемых систем космических аппаратов (КА). Яркий пример - изогридные элементы из углепластика, которые сочетают высокую удельную прочность с малым весом: это в основном спицы рефлекторов зонтичного типа и штанги рефлекторов. Такие элементы представляют собой сложные ажурные конструкции, изготавливаемые методом намотки. Наиболее уязвимы узлы, толщина рёбер которых не превышает 3-4 мм. Прочность изогридным элементам придаёт их структура в сочетании с материалом, из которого они выполнены; при разрушении хотя бы одного ребра устойчивость к распределённым нагрузкам резко снижается.
Для мониторинга механических воздействий, прикладываемых к изогридным изделиям, необходимо применять системы, которые слабо влияют на жёсткость конструкции, обладают малым весом и габаритами. Сложность заключается во внедрении средства измерения в готовую конструкцию уже на этапах отработки. Для решения данной проблемы необходимо применять принципиально новые измерительные системы. Одна из таких систем основана на применении оптоволоконных датчиков деформации (ОДД) с решёткой Брэгга FBGS (Бельгия).
Принцип работы основан на зависимости отражённого от решётки излучения от периода решётки; таким образом, при линейном растяжении период увеличивается, и длина волны изменяется (см. рисунок). Изменение отражённой длины волны фиксируется измерительным оборудованием - сканером.
Благодаря сочетанию минимальных габаритов и массы (чувствительным элементом-датчиком является участок оптоволокна толщиной 0,2 мм с нанесённой при помощи лазера Брэгговской решёткой) с большим диапазоном измерения деформации (кратковременно до 5 %) ОДД идеально подходят для контроля деформаций углепластиковых изделий с малым сечением деформируемых участков, таких как изо-гридные конструкции.
Принцип измерения деформации при помощи ОДД
На этапах НЭО узлы КА испытывают значительные нагрузки. При проведении технологических раскрытий размеростабильных рефлекторов большое внимание уделяется качеству обезвешивания, так как перегрузки передаются на устройство раскрытия -пружинный или электромеханический привод. Усилие обезвешивания контролируется высокоточными
Решетневскуе чтения. 2013
датчиками силы, как дополнительное средство контроля можно предусмотреть возможность установки чувствительных элементов - ОДД на рёбрах изогрид-ной конструкции у основания штанги, где деформации максимальны. В процессе настройки системы обезвешивания возможно добиться минимальных значений деформации, что и будет означать отсутствие нагрузки на устройство раскрытия.
С помощью ОДД также возможно контролировать нагрузки, приходящиеся на спицы рефлекторов зонтичного типа большого диаметра в процессе их отработки и транспортировки.
Для определения предельных значений деформации образцов необходимо произвести эксперимент, позволяющий получить информацию о растяжении-сжатии в различных точках конструкции при воздействии предполагаемой изгибной нагрузки.
Образец с закреплённым на его поверхности датчиком подвергают нагружению заданным усилием или моментом, затем строится характеристика зависимости показаний ОДД в микрострейнах (це) от приложенной нагрузки, определяются допустимые границы деформаций и перегрузок.
Проведён предварительный эксперимент по определению несущей способности спицы рефлектора. Длина спицы около 6 м, спица имеет в сечении 20 радиальных рёбер. На спицу было установлено 40 ОДД в 2 секциях, разделённых поперечными шпангоутами - центральном (80 мм от центра) и периферийном (2 200 мм от центра), на каждом ребре по одному ОДД.
Была получена информация при пошаговом нагружении спицы изгибающим усилием. Максимальная деформация перед разрушением составила -2 400 це, что составляет 0,24 % деформации (знак «-» означает сжатие). В дальнейшем это значение можно использовать для определения границ нормальных нагрузок на спицу подобной конфигурации.
Для использования ОДД в качестве системы мониторинга подобные эксперименты необходимо провести для всех типов структур, где они будут применяться.
Предложенный подход может найти применение в системах мониторинга напряжённо-деформированного состояния узлов КА и для получения экспериментальных данных, способных подтвердить правильность расчётов прочности и жёсткости конструкций.
© Мальцев А. А., 2013
УДК 51-74
НЕКОТОРЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ О ПРИМЕНЕНИИ ^-МОДЕЛЕЙ
Т. В. Мальцева
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. E-mail: [email protected]
Рассматривается новый класс моделей многомерных нелинейных стохастических процессов, не поддающихся декомпозиции, в условиях частичной параметрической и непараметрической априорной неопределенности. Приводится общий вид моделей, базирующихся на триаде: фундаментальные законы, параметризованные зависимости, непараметрические связи, а также даются некоторые комментарии, касающиеся целесообразности их применения.
Ключевые слова: априорная информация, комбинированная система, непараметрические оценки, много-связность, К-модели.
SOME NOTES ON ^-MODELS USE
T. V. Maltseva
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, "Krasnoyarsky Rabochy" Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: [email protected]
The paper deals with a new class of models of multidimensional nonlinear stochastic processes that can not be decomposed, in partial parametric and nonparametric uncertainty. Common view of the models based on the triad: basic laws, parameterized and nonparameterized relations is performed, and some comments concerning the use advisability of such models are given.
Keywords: prior information, complex system, nonparametric estimate, multilinked system, K-models.
При исследовании реального процесса довольно часто мы сталкиваемся с ситуацией, когда информация о виде некоторых его связей отсутствует, что приводит к большой трудоемкости получения их параметрических моделей. Вместе с тем некоторые свя-
зи, обусловленные техническими, технологическими, конструктивными особенностями, могут быть описаны параметрически или вовсе подчиняются известным законам физических, химических, электрических, механических и других явлений.
