Расчетно-теоретическое обоснование технологии изготовления волноводно-распределительных систем космических аппаратов связи

Изготовление протяженной тонкостенной волноводно-распределительной системы (ВРС) пайкой из отдельных элементов связано с силовыми, деформационными и температурными воздействиями на нее, приводящими к нежелательным деформациям, как в локальных областях, так и во всей конструкции. Каждый элемент и ВРС в целом подвергаются локальному тепловому воздействию, в результате которого появляются температурные напряжения и деформации. Напряжения, возникающие вследствие нагрева, могут стать причиной необратимых локальных прогибов и искажения геометрии поперечного сечения конструкции. При сборке ВРС даже незначительные угловые и линейные смещения в местах соединения ее элементов приводят к нарушению общей геометрии конструкции, и, соответственно, к изменению расположения точек крепления относительно требуемого. Принудительное совмещение этих точек будет создавать внутренние монтажные напряжения, которые в совокупности с внешними воздействиями могут нарушить условия прочности, жесткости и расположение контрольных монтажных точек. Для достижения требуемых прочностных, жесткостных и точностных параметров ВРС необходимо выполнить расчетно-теоретическое обоснование технологических параметров, шагов, действий и режимов ее изготовления. Разработана методика расчета ВРС, позволяющая оперативно определять ее напряженно-деформированное состояние с требуемой точностью для обеспечения прочности, жесткости и достаточной геометрической точности конструкции. Предлагаемая методика рассматривает ВРС как стержневую модель в глобальной постановке и как оболочечную конструкцию при уточненном расчете локальной выделенной области. Это позволяет оценивать напряженно-деформированное состояние ВРС в целом и уточнять напряжения и деформации в выделяемых локальных областях практически с любой требуемой точностью. Приведен пример расчета динамики изменения зазора между тонкостенными элементами в процессе их пайки. Выполнен анализ напряженно-деформированного состояния монтажного паяного шва между элементами. Полученные с помощью предложенной двухэтапной методики результаты обеспечивают требуемое качество на всей технологической цепочке изготовления протяженной ВРС для космического аппарата.

Литература

[1] Гаврюшин С.С., Барышникова О.О., Борискин О.Ф. Численный анализ элементов конструкций машин и приборов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 479 с.

[2] Бушминский И.П. Изготовление элементов конструкций СВЧ. Москва, Высшая школа, 1974. 304 с.

[3] Sil’chenko P.N., Mikhnev M.M., Ankudinov A.V., Kudryavtsev I.V. Ensuring the strength and accuracy of large-size waveguide distribution systems of communication satellites. Journal of Machinery Manufacture and Reliability, 2012, vol. 41, no. 1, pp. 91–95, doi: 10.3103/S1052618811060173

[4] Новожилов В.В., Черных К.Ф., Михайловский Е.И. Линейная теория тонких оболочек. Санкт-Петербург, Изд-во Санкт-Петербургского ун-та, 2010. 380 с.

[5] Мяченков В.И., Григорьев И.В. Расчет составных оболочечных конструкций на ЭВМ. Москва, Машиностроение, 1981. 216 с.

[6] Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. Москва, URSS, 2009. 635 с.

[7] Полянин А.Д., Зайцев В.Ф., Журов А.И. Методы решения нелинейных уравнений математической физики и механики. Москва, Физматлит, 2005. 256 с.

[8] Polyanin A.D., Nazaikinskii V.E. Handbook of Linear Partial Differential Equations for Engineers and Scientists. CRC Press, Boca Raton–London, 2016. 1632 p.

[9] Solin P. Partial Differential Equations and the Finite Element Method. New Jersey, Wiley-Interscience, 2005. 504 p.

[10] Галанин М.П. Методы численного анализа математических моделей. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 591 с.

[11] Бакушев С.В. Численные методы механики деформируемого твердого тела. Пенза, ПГУАС, 2015. 268 с.

[12] Сливкер В.И. Строительная механика. Москва, Ассоциация строительных вузов, 2005. 736 с.

[13] Кудрявцев И.В., Сильченко П.Н., Михнёв М.М., Гоцелюк О.Б. Сравнительная оценка решений системы дифференциальных уравнений в задаче изгиба прямых участков волноводов космических аппаратов связи. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2017, № 1, с. 4–23, doi: 10.18698/0236-3941-2017-1-4-23

[14] Hartmann F., Katz C. Structural Analysis with Finite Elements. Berlin, Springer, 2004. 484 p.

[15] Ern A., Guermond J.L. Theory and Practice of Finite Elements (Applied Mathematical Sciences). Berlin, Springer, 2004. 526 p.

[16] Дарков А.В., Шапошников Н.Н. Строительная механика. Санкт-Петербург, Лань, 2005. 656 с.

[17] Тестоедов Н.А., Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Халиманович В.И., Наговицин Н.В., Гоцелюк О.Б., Барыкин Е.С. Статический анализ прочностных параметров складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов с замкнутым поперечным сечением. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661200, 2012.

[18] Тестоедов Н.А., Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Халиманович В.И., Наговицин В.Н., Синьковский Ф.К. Квазистатический анализ складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661201, 2012.

[19] Тестоедов Н.А., Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Халиманович В.И., Наговицин В.Н. Модальный анализ складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов с замкнутым поперечным сечением. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661204, 2012.

[20] Тестоедов Н.А., Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Халиманович В.И., Наговицин В.Н., Гоцелюк О.Б. Анализ вынужденных колебаний складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов с замкнутым поперечным сечением. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661199, 2012.

[21] Тестоедов Н.А., Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Халиманович В.И., Синьковский Ф.К. Термоупругий анализ прямых элементов складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов с замкнутым поперечным сечением. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661202, 2012.

[22] Тестоедов Н.А., Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Халиманович В.И., Наговицин В.Н., Синьковский Ф.К. Термоупругий анализ криволинейных элементов складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов с замкнутым поперечным сечением. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661203, 2012.

[23] Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Наговицин В.Н., Гоцелюк О.Б. Модуль экспорта локального участка стержневой модели складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов с замкнутым поперечным сечением в твердотельную модель Nastran. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661197, 2012.

[24] Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Наговицин В.Н., Гоцелюк О.Б. Модуль экспорта локальной области складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов с замкнутым поперечным сечением из стержневой модели в твердотельную модель Ansys. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661198, 2012.

[25] Воробьев Е.А. Расчет производственных допусков устройств СВЧ. Ленинград, Судостроение, 1980. 148 с.

[26] Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Иванов В.И., Михнёв М.М., Гусев В.Ю. Обеспечение технологии блочной сборки пайкой крупногабаритных волноводно-распределительных систем космических аппаратов. Решетнёвские чтения, посвященные памяти ген. конструктора ракетн.-космич. систем акад. М.Ф. Решетнёва. Матер. XIV Междунар. науч. конф., Красноярск, 10–12 ноября 2010, ч. 1, Красноярск, Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнёва, с. 71–73.

[27] ГОСТ РВ 20.57.305–98. Комплексная система контроля качества. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Методы испытаний на воздействие механических факторов. Москва, Изд-во стандартов, 2001. 54 с.