Выбор схемы подкрепления параболической антенны из композиционных материалов с эллиптической линией раскрыва

Рассмотрены вопросы проектирования и расчета подкрепленных оболочек вращения, выполненных из композиционных материалов, как составных элементов параболических антенн с эллиптической линией раскрыва, фокальный параметр которой не превышает 0,03 м. Дан обзор конструктивно-компоновочных схем рефлекторов зеркальных космических антенн параболического типа. Предложена методика проектирования силового каркаса подкрепления оболочки рефлектора с использованием численного анализа на базе метода конечных элементов, основанная на оценке жесткостных параметров конструктивных элементов рефлектора, расположенных между кольцевыми ребрами, с проведением оптимизации для достижения постоянства градиента изменения жесткостных параметров. Выполнена оценка деформативности конструкции рефлектора с применением современного высокомодульного композиционного материала. Приведен результат использования предложенной методики в виде готового изделия с оценкой погрешностей изготовления и моделирования на основе экспериментальных данных. Предложенный подход к проектированию рефлекторов с эллиптической линией раскрыва позволяет исключить коробление сформованного изделия и деформацию в процессе эксплуатации в виде закручивания в форме пропеллера. Результаты работы могут быть полезны при проектировании рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов с узкой диаграммой направленности, отвечающих высоким требованиям по точности геометрии отражающей поверхности и ограничениям по массе.

Литература

[1] Бахрах Л.Д., Галимов Г.К. Зеркальные сканирующие антенны. Теория и методы расчета. Москва, Наука, 1981. 293 с.

[2] Imbriale W.A., Gao S., Boccia L. Space Antenna Handbook. United Kingdom, John Wiley & Sons Ltd., 2012. 741 p.

[3] Алфутов Н.А. Расчет многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов. Москва, Машиностроение, 1984. 264 с.

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

[5] Спутник связи ЯМАЛ-401. URL: http://www.iss-reshetnev.ru/projects (дата обращения 18 марта 2020).

[6] Designing for dimensional stability in space. URL: http://www.compositesworld.com/articles/designing-for-dimensional-stability-in-space (accessed 18 March 2020).

[7] Тайгин В.Б., Лопатин А.В. Разработка зеркальной антенны космического аппарата с ультралегким высокоточным размеростабильным рефлектором. Космические аппараты и технологии, 2019, № 3(29), с. 121–131, doi: 10.26732/2618-7957-2019-3-121-131

[8] Симонов В.Ф., Урмансов Ф.Ф., Молодцов Г.А., Биткин В.Е., Денисов А.В., Владимирова М.А. Размеростабильное интегральное изделие из композиционных материалов, способ его изготовления и форма для осуществления способа. Пат. 2230406 C2 РФ, 2001.

[9] Новиков А.Д., Просунцов П.В., Резник С.В. Определение конструктивного облика рефлектора зеркальной космической антенны из композиционного материала. Вестник РУДН. Сер. Инженерные исследования, 2017, т. 18, № 3, с. 308–317, doi: 10.22363/2312-8143-2017-18-3-308-317

[10] Бабкина Л.А., Сорокин Д.В. Параметрический анализ параболической антенны космического аппарата с многовариантной схемой подкрепления. Инженерный журнал: наука и инновации, 2017, вып. 4, doi: 10.18698/2308-6033-2017-4-1611

[11] Савин С.А., Биткин В.Е., Денисов А.В., Каштанов П.П., Гаврилова Е.А., Савельева Е.В., Назаров Е.В., Ермохин М.А., Еремин С.А. Конструкция рефлектора зеркала антенного из полимерных композиционных материалов. Пат. 2640955 РФ, 2018, бюл. № 2, 8 с.

[12] Бердникова Н.А., Иванов А.В., Белов О.А., Чичурин В.Е. Проектирование крупногабаритного высокоточного рефлектора антенны космического аппарата с контурной диаграммой направленности. Вестник СибГАУ, 2016, т. 17, № 2, с. 378–387.

[13] 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.

[14] 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.

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

[16] Михайловский К.В., Резник С.В. Разработка математико-алгоритмического обеспечения для расчета внутренних напряжений в тонкостенных рефлекторах из углепластика во время технологического процесса их изготовления. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013, № 8, с. 151–166, doi: 10.7463/0813.0612095

[17] Torayca Everywhere. URL: https://www.torayca.com/activity/act_005.html (дата обращения 15 марта 2020).

[18] Аристов В.Ф., Халиманович В.И., Миронович В.В., Ислентьева Т.А., Гуров Д.А. Цианат-эфирные связующие в аэрокосмической отрасли. Каталитические свойства органометаллических комплексов и солей диазония с комплексными анионами в отверждении цианат-эфирных связующих. Вестник СибГАУ, 2013, № 2(48), с. 159–165.

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

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

[21] Nastran MSC.Quick reference guide. USA, MSC Software Corporation, 2011.