CC BY
68щается. В большинстве случаев основные характеристики достигают максимальных показателей при различных схемах армирования. Вследствие этого результаты третьего этапа - ключевые и во многом определяют конфигурацию элемента. Метод выбора параметров элементов, основанный на проектировании свойств материала, может иметь конечную конфигурацию, отличную от конфигурации такого же элемента из металла, и определять ее уже в процессе разработки на последних этапах проектирования [2; 3].
При использовании предложенного метода накапливаются графические данные физико-механических характеристик материалов, которые значительно сокращают сроки проектирования в ходе последующих работ, а также снижают вероятность применения волюнтаристских решений.
Таким образом, предложенный метод выбора проектных параметров элементов конструкций космического аппарата из волокнистых композиционных материалов позволяет получить элементы конструкций с оптимальными физико-механическими характеристиками, удовлетворяющими предъявляемым к ним требованиям.
Библиографические ссылки
1. Зиновьев П. А., Смердов А. А. Оптимальное проектирование композиционных материалов. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. 103 с.
2. Справочник по композиционным материалам / под. ред. Дж. Любина. пер. с англ. А. Б. Геллера. М. : Машиностроение, 1988. 584 с.
3. Васильев В. В., Протасов В. Д., Болотин В. В. Композиционные материалы : справ. / под общ. ред. В. В. Васильева, Ю. Тарнопольского. М. : Машиностроение, 1990. 512 с.
References
1. Zinoviev P. А., Smerdov А. А. Optimal design of composite materials. Мoscow: Pablisher MSTU N. E. Bauman, 2006. 103 p.
2. Under the editorship G.Lubin. Translation from english Geller A. B. Handbook of composites. Moscow, Engineering, 1988. 584 p.
3. Vasilev V. V., Protasov V. D., Bolotin V. V. Composite materials. Handbook. Under the general editorship Vasilev V. V., Tarnopolsky U. M. Moscow, Engineering, 1990. 512 p.
© Старицына Н. Н., Старицын А. В., Малюгина Е. В., 2015
УДК 621.396.67
ЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С РЕФЛЕКТОРОМ ТИПА «КЕССОН»
В. Б. Тайгин, В. В. Болгов, Г. Н. Грудинин, В. Е. Чичурин
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: [email protected]
Рассмотрена конструкция зеркальной антенны с изолированным рефлектором кессонного типа. Такая конструкция имеет существенные преимущества по сравнению с традиционными рефлекторами трехслойной сотовой конструкции.
Ключевые слова: зеркальная антенна, космический аппарат, полимерные композиционные материалы.
MIRROR ANTENNA FOR SPACECRAFT WITH REFLECTOR TYPE "CAISSON"
V. B. Taygin, V. V. Bolgov, G. N. Grudinin, V. E. Chichurin
JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Jeleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
The research presents design of mirror antenna with isolated reflector of caisson type. This design has essential advantages over conventional sandwich reflectors.
Keywords: mirror antenna, spacecraft, polymer composite materials.
Неоспоримым преимуществом зеркальных ан- дают широкой полосой пропускания частот радио-
тенн является высокий коэффициент направленного волн.
действия. Это позволяет формировать узкий поток Ввиду этих качеств зеркальные антенны зачастую
СВЧ-энергии в нужном направлении. используются в составе космических аппаратов (КА)
Зеркальные антенны имеют относительно простую различного назначения для организации высокоско-
конструкцию и высокую надежность, а также обла- ростных каналов радиосвязи.
Решетнеескцие чтения. 2015
Наибольшее распространения получили осесим-метричные двухзеркальные антенны по схеме Кассег-рена (рис. 1) [1].
Антенны, используемые в составе космических аппаратов, должны обладать высокой геометрической стабильностью и достаточной прочностью. Решающее значение имеет сохранение формы рефлектора 1 и положения облучателя 2 и вторичного зеркала 3 (рис. 1). Предельно возможные отклонения этих параметров зависят от диапазона длин радиоволн, в которых работает данная антенна. Чем выше диапазон, тем жестче требования к стабильности. Для достижения данных характеристик к конструкции антенны предъявляются высокие требования по жесткости, прочности и низкой деформативности от температурных воздействий, наряду с жесткими ограничениями по массе. Успех решения поставленной задачи во многом зависит от выбора конструктивно-силовой схемы антенны, применяемых материалов и оптимизации параметров конструкции.
элементом является цилиндрический поясок на тыльной оболочке, по внутреннему - центральная коническая вставка. Эти элементы обеспечивают необходимую дистанцию для придания требуемой жесткости рефлектору.
Рис. 2. Конструкция антенны
Рис. 3. Антенна с кессонным рефлектором
Рис. 1. Антенна Кассегрена
Традиционное конструктивное исполнение антенны представлено на рис. 2. Рефлектор имеет трехслойную сотовую конструкцию с оболочками из углепластика с алюминиевым сотовым заполнителем. На рефлектор установлены стойки, поддерживающие контррефлетор [2]. Как правило, на рефлектор устанавливается и облучатель. Закрепление самой антенны на КА происходит также за тело рефлектора. Таким образом, рефлектор полностью задействован в силовой схеме антенны, что негативно сказывается на его геометрической точности. Еще одним недостатком традиционного исполнения является относительно невысокая жесткость в незачекованном (свободном) состоянии, что приводит к ощутимым деформациям под собственным весом и деформациям за счет наличия внутренних и монтажных напряжений. Ввиду этих недостатков антенны с подобной конструкцией не могут использоваться для высоких радиочастотных диапазонов (Р-, У-диапазоны), так как не соблюдается условие по предельным отклонениям формы рефлектора. Антенны традиционной конструкции имеют удельную массу выше, чем у лучших зарубежных аналогов, что снижает их конкурентоспособность.
Одним из путей усовершенствования конструкции зеркальной антенны является использование силовой схемы с изолированным рефлектором кессонного типа (рис. 3).
Кессонный рефлектор состоит из двух оболочек: отражательной и тыльной, разнесенных на некоторое расстояние и соединенных по внешнему и внутреннему контуру. По внешнему контуру «замыкающим»
Основой идеи проектирования кессонного рефлектора послужили знания о жесткостном потенциале оболочки с двойной кривизной, закреплённой по контуру на диаметре примерно 90 % от диаметра апертуры.
В предложенной конструкции все элементы, включая рефлектор, закреплены на общем основании, которое также служит для крепления антенны к КА. Этим обеспечивается изоляции рефлектора от общей силовой схемы антенны, и тем самым исключаются локальные нагружения, искажающие форму рефлектора.
Еще одна отличительная особенность заключается в том, что большинство элементов выполнены из полимерного композиционного материала (ПКМ) на основе высокомодульной углеродной ткани и имеют замкнутое поперечное сечение либо, как контррефле-тор, интегральную ребристую структуру [3]. Конструкция содержит минимальное количество конструкционных элементов (фитингов, кронштейнов и т. п.) и резьбового крепежа. Совокупность указанных особенностей позволяет обеспечить высокую жесткость и стабильность при минимальной массе конструкции.
Были проведены работы по созданию опытного образца антенны новой конструкции. В ходе работ был проведен параметрический анализ и определены наиболее оптимальные геометрические параметры конструкции и выбран материал. Проведены изготовление элементов и сборка антенны. Особенностью некоторых элементов конструкции (таких как основание антенны и контррефлектора (рис. 4)) является их сложная полая замкнутая форма. Для изготовления таких деталей была использована технология формообразования по вытравляемым оправкам. Для изготовления контррефлектора использовался термоком-
прессионный способ формования с внешней металлической матрицей и внутренними резиновыми вставками, обеспечивающими форму ребер и давление при формовании.
Рис. 4. Элементы антенны из ПКМ
Предложенная конструкция зеркальных антенн позволяет снизить массу на 50 % по сравнению с традиционной конструкцией. При этом жесткость новой антенны значительной выше: частота первого тона рефлектора составляет примерно 150 Гц (для аналогичного сотового рефлектора это значение не превышает 60 Гц). Точность изготовления также повышена. Таким образом, антенна с рефлектором кессонного типа имеет неоспоримые преимущества перед традиционными конструкциями антенн в своем классе и может быть успешно использована для КА нового поколения.
Библиографические ссылки
1. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ. М. : Высшая школа, 1988.
2. Шпиндлер Э. Практические конструкции антенн. М. : Мир, 1989.
3. Полимерные композиционные материалы в конструкциях летательных аппаратов / Г. М. Гуняев, В. В. Кривонос, А. Ф. Румянцев и др. // Вестник ВИАМ. Ноябрь 2003. С. 3-16.
References
D. M. Aytenny I ustroystva SVCh microwave devices].Moscow, Vishaya
Рис. 5. Образец антенны с технологическим приспособлением
Сборка антенны осуществлялась с использованием специальных сборочных приспособлений для точной установки и фиксации всех элементов. На рис. 5 показано приспособление для точного позиционирования контррефлетора, установленное на верхнюю опору. После фиксации контррефлетора приспособление демонтируют.
1. Sazonov [Antennas and shkola, 1988
2. Shpindler E. Prakticheskoe konstruirovanie antenn [Practical antenna design]. Moscow, Mir, 1989.
3. Polimernie kompozitsionnye materialy v konstruktsiyah letatel'nyh apparatov [Polymer composite materials in the construction of aircraft] / G. M. Gunyaev, V. V. Krivonos, A. F. Rumyantsev // Vestnik VIAM, November 2003, pp. 3-16.
© TanraH B. E., EonroB B. B., TpygnHHH r. H., ^nnypHH B. E., 2015
УДК 531.133.3: 629.78
МЕХАНИЗМ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОГО ВЫДВИЖЕНИЯ ЗВЕНЬЕВ СПИЦЫ
РЕФЛЕКТОРА И ШТАНГ
Ю. В. Чугуй1, В. И. Халиманович2, А. Г. Верхогляд1, Д. В. Скоков1, И. А. Накрохин1
1Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук (КТИ НП СО РАН) Российская Федерация, 630058, г. Новосибирск, ул. Русская, 41. E-mail: [email protected]
2АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
Для раскрытия спиц, являющихся несущими и формообразующими элементами крупногабаритного трансформируемого рефлектора диаметром 48 м, предназначенного для эксплуатации в условиях ГСО, необходим механизм телескопического выдвижения звеньев.
В 2014 году в КТИ НП СО РАН разработан механизм телескопического выдвижения звеньев спиц рефлектора диаметром 48 м.
Принцип действия заключается в обкатке двух дисков по винтовой линии на внутренней поверхности неподвижного звена спицы. Зацепление обеспечивается сопряжением профилированных пальцев, закреплённых на
