Возможности пеноматериалов и эффективность материалов, применяемых в космической технике Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

УДК 62-03.21474

ВОЗМОЖНОСТИ ПЕНОМАТЕРИАЛОВ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКЕ

В. В. Двирный\ В. В. Голованова2, Г. В. Двирный\ Е. С. Сидорова3

1 ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52. E-mail: [email protected]

2ФГУП «Конструкторское бюро «Арсенал» имени М. В. Фрунзе» Россия, 195009, г. Санкт-Петербург, ул. Комсомола, д. 1-3. E-mail: [email protected] 3Филиал Сибирского федерального университета Россия, 662972, Красноярский край, г. Железногорск, ул. Кирова 12а. E-mail: [email protected]

В настоящее время в ракетно-космической технике повысился интерес к созданию материалов, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками. Наиболее перспективными в этом направлении являются пеноматериалы. Показано, как через эффективность материалов можно достичь повышения эффективности конструкции.

Ключевые слова: пеноматериал, коэффициент эффективности.

OPPORTUNITIES OF FOAM MATERIALS AND EFFECTIVENESS OF THE MATERIALS

APPLIED IN SPASE TECHNOLOGY

V. V. Dvirny1, V. V. Golovanova2, G. V. Dvirny1, E. S. Sidorova3

1 JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia. E-mail: [email protected] 2The Arsenal Design Bureau named after M. V. Frunze Federal State Unitary Enterprise 1-3, Komsomola str., St. Petersburg, 195009, Russia. E-mail: [email protected] 3Branch of the Siberian Federal University 12a, Kirova str., Zheleznogorsk, 662972, Russia. E-mail: [email protected]

Currently in the rocket and space technology the interest to the designing materials with high performance is growing. The most promising in this direction are foam materials. It is shown how the construction efficiency depending on material efficiency can be achieved.

Keywords: foam materials, the coefficient of efficiency.

Одним из важнейших аспектов при проектировании машин и механизмов является материал. Например, в авиации и космонавтике его выбирают по удельной прочности, т. е. отношению прочности к удельному весу. Для крылатого металла АМг6: 32кг/ ,

ств

ку

'■уд

=12-106 =12-106,

У 2,64 -10"

мм

где Куд - удельная прочность; ств - предел прочности; У - плотность материала.

Однако в рыночной экономике зачастую превалирующим показателем является стоимость. Поэтому эффективность материалов, применяемых в машиностроении, предлагаем оценивать по коэффициенту эффективности:

ств

Кэфф =

с-у

США, эффект от снижения массы очевиден и определяется он в основном через материалоемкость конструкции.

Материал 2 / мм у С, руб. Коэффициент

30ХГСА 110 78 35 0,04

АМГ6 32 2,64 151 0,08

ВТ14 110 4,5 1050 0,02

Пеноалюминий 32 0,264 151 0,8

где С - стоимость одного килограмма материала в рублях.

Примеры расчета коэффициента эффективности для некоторых материалов приведены в таблице.

Учитывая, что 1 кг полезного груза, выводимого на геостационарную орбиту, стоит 10-30 тыс. долл.

Материалоемкость конструкции рассчитывается по условиям прочности и жесткости или устойчивости с соблюдением условия равнопрочности и учетом коэффициента эффективности. Таким образом, через эффективность материалов можно достичь повышения эффективности конструкции.

Следует отметить, что имеются случаи применения материалов в космической отрасли, когда, несмотря на более выгодный предложенный коэффициент эффективности, необходимо применять материал, обладающий определенными свойствами для данной конструкции. Например, из условий жесткости гиро-платформы следует изготавливать из бериллия как наиболее жесткого материала и имеющего макси-

Решетневскуе чтения. 2013

мальный модуль Юнга. Другой пример: в вентильном двигателе, затопленном рабочей жидкостью электронасосного агрегата космического аппарата, разделительный стакан с электрическими обмотками выполняют из титанового сплава, обладающего малой электропроводностью.

Наиболее перспективными в направлении развития эффективности материалов являются пеномате-риалы: новый класс материалов ячеистой структуры. Пеноматериалы могут быть изготовлены из совершенно различных базовых материалов: никель, медь, железо, нихром, алюминий. Уникальная структура и свойства высокопористых ячеистых материалов: плотность при высокой прочности, предельно низкое гидравлическое сопротивление, высокая коррозионная и термическая стойкость делает их одним из наиболее перспективных материалов в современной промышленности [1].

Библиографическая ссылка

1. Макаров А. М. Исследование структуры композиционных высокопористых ячеистых материалов рассеиванием и поглощением радиации // Современные проблемы науки и образования. 2006. № 4. С. 14-18.

Reference

1. Makarov A. M. Issledovanie struktury kom-pozicionnyh vysokoporistyh jacheistyh materialov rasseivaniem i pogloshheniem radiacii // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. 2006. № 4. S. 14-18.

© Двирный В. В., Голованова В. В., Двирный Г. В., Сидорова Е. С., 2013

УДК 629.78:531.395

К РАСЧЕТУ РАСКРЫТИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ТРАНСФОРМИРУЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

В. Н. Зимин\ А. В. Крылов\ С. А. Чурилин1, Ф. Р. Файзуллин2

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Россия, 105005, г. Москва, 2-я Бауманская, 5, стр. 1. E-mail: [email protected]

2ЗАО «АвтомехаНика» Россия, 125363, г. Москва, ул. Новопоселковая, 6, корп. 4. E-mail: [email protected]

Рассмотрены особенности моделирования динамики раскрытия многозвенных космических конструкций различной конфигурации. Расчетные модели построены в программных комплексах Euler и Adams.

Ключевые слова: расчет раскрытия, трансформируемые космические конструкции, моделирование развертывания космических конструкций, складные космические антенны.

ON LARGE TRANSFORMABLE SPACE STRUCTURES DEPLOY CALCULATION

V. N. Zimin1, A. V. Krylov\ S. A. Churilin1, F. R. Faizullin2

1Bauman Moscow State Technical University 5, block 1, Baumanskaia 2-ia str., Moscow, 105005, Russia. E-mail: [email protected]

2ZAO «AvtomekhaNika» 6, block 4, Novoposelkovaia str., Moscow, 125363, Russia. E-mail: [email protected]

Special features of dynamic deploy modeling of space multi-section structures of various configurations were considered. Calculated models were built in bundled software Euler and Adams.

Keywords: deploy calculation, transformable space structures, space structures deploy modeling, folded space antennae.

Создание крупногабаритных трансформируемых космических конструкций сопряжено с решением ряда технических и механических проблем, обусловленных уникальностью систем. Как правило, такие конструкции доставляются на орбиты в плотноупако-ванном (транспортном) состоянии, и дальнейшее приведение их в рабочее положение связано с реализацией процесса раскрытия.

Для моделирования динамики раскрытия таких трансформируемых конструкций целесообразно ис-

пользовать такие программные комплексы, как Euler и Adams.

С помощью данных программных комплексов были проведены расчеты раскрытия ряда трансформируемых космических конструкций: складного плоского антенного контура, космического сферического отражателя и параболического рефлектора ферменного типа. Для построения математических моделей принята достаточно хорошо учитывающая особенности многозвенных конструкций расчетная схема