Проектирование каркасов солнечных батарей интегрального типа из углепластика для космического аппарата

Рассмотрена проблема обеспечения конкурентоспособности космических систем путем повышения энергомассовой эффективности панелей каркасов солнечных батарей. Проведен обзор современных конструкций каркасов солнечных батарей, предназначенных для эксплуатации в составе космических аппаратов, а также выбор конструктивно-технологических решений по созданию интегральных конструкций каркасов солнечных батарей малой удельной массы. Разработана модель композитного интегрального каркаса, которая обеспечивает несущую способность панели солнечной батареи при заданной статической гравитационной нагрузке в момент вывода на орбиту и в условиях эксплуатации. Приведены результаты выбора рациональных параметров элементов интегрального каркаса солнечной батареи. Полученные данные в рамках принятых допущений и исходных характеристик применяемых полимерных композиционных материалов дают основание рассчитывать на принципиальную возможность реализации удельной массы каркаса в пределах 0,55…0,65 кг/м² при регламентированной несущей способности и жесткости, что отвечает мировым тенденциям для объектов такого класса. Предложенное конструктивное исполнение изделия позволяет разместить линзовые концентраторы над устанавливаемыми на каркас фотоэлектрическими преобразователями, что, в свою очередь, обеспечит значительное увеличение удельной мощности солнечной батареи.

Литература

[1] Гардымов Г.П., Мешков Е.В., Пчелинцев А.В., Лашманов Г.П. Композиционные материалы в ракетно-космическом аппаратостроении. Санкт-Петербург, СпецЛит, 1999. 271 с.

[2] Урмансов Ф.Ф., Щепалин В.И., Воронин А.А., Денисов А.В. Конструкция каркасов солнечных батарей и способ изготовления каркаса. Пат. 2352024 РФ, 2009, бюл. № 10, 5 с.

[3] Борщев В.Н., Антонова В.А., Листратенко А.М., Школьный С.М. Расчетные исследования каркасов панелей солнечных батарей космического аппарата. Вестник НТУ «ХПИ», 2005, № 47, с. 21–29. URL: http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/2568

[4] Галкин В.В. Солнечные и аккумуляторные батареи ОАО «Сатурн» на космических аппаратах с электронными двигателями. Электронный журнал «Труды МАИ», 2012, вып. 60. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=35383 (дата обращения 15 сентября 2019).

[5] Сливинский В.И., Ткаченко Г.В., Сливинский М.В., Гайдачук В.Е., Гайдачук А.В. Новая концепция оптимизации по массе сотовых конструкций каркасов панелей солнечных батарей и негерметичных космических аппаратов. Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева, 2008, № 1, с. 136–141.

[6] Коваленко В.А., Кондратьев А.В., Шевцова М.А., Гагауз И.Г. Модель сетчатой конструктивно-силовой схемы каркаса тестовой панели солнечной батареи космического аппарата. Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии, 2013, № 58, с. 89–97.

[7] Байбородов А.А., Васильева Т.С., Волков М.В., Кузнецов А.Д., Двирный В.В. Солнечные батареи с концентраторами светового потока. Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической техники и подготовки инженерных кадров для авиакосмической отрасли. Матер. XI Всеросс. науч. конф., посвященной памяти главного конструктора ПО «Полет» А.С. Клинышкова. Сб. тр., Омск, 30–31 мая 2017, Омск, ОмГТУ, 2017, с. 16–21.

[8] Кузоро В.И., Халиманович В.И., Калиновский В.С., Васильева Т.С. Панель солнечной батареи. Патент 2575182 РФ, 2016, бюл. № 5, 7 с.

[9] Биткина Е.В., Денисов А.В., Биткин В.Е. Конструктивно-технологические методы создания размеростабильных космических композитных конструкций интегрального типа. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2012, т. 14, № 4(2), с. 555–560.

[10] Биткин В.Е., Денисов А.В., Денисова М.А., Жидкова О.Г., Назаров Е.В., Рогальская О.И., Мелентьев А.В., Мизинова И.А. Апробирование технологического комплекса изготовления силовых и высокоточных размеростабильных элементов конструкций интегрального типа из волокнистых композиционных материалов. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2014, т. 16, № 1–5, с. 1320–1327.

[11] Биткин В.Е., Денисов А.В., Жидкова О.Г., Биткина О.В. Технологический комплекс для изготовления силовых и высокоточных размеростабильных элементов конструкций интегрального типа из волокнистых композиционных материалов. Конструкции из композиционных материалов, 2014, № 1, с. 18–23.

[12] Молодцов Г.А., Биткин В.Е., Симонов В.Ф., Урмансов Ф.Ф. Формостабильные и интеллектуальные конструкции из композиционных материалов. Москва, Машиностроение, 2000. 352 с.

[13] Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. Москва, Машиностроение, 1988. 272 с.

[14] Зимин В.Н., Борзых С.В. Механика трансформируемых крупногабаритных космических конструкций. В 2 ч. Ч. 1. Солнечные батареи космических аппаратов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 64 с.

[15] Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. Москва, Мир, 1975. 540 с.

[16] Шимкович Д.Г. Расчет конструкций в MSC.visual NASTRAN for Windows. Москва, ДМК Пресс, 2004. 700 с.

[17] MSC.NASTRAN Quick Reference Guide.