КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2014, том 52, № 5, с. 428-429
УДК 629.78
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ КОСМИЧЕСКОГО РАДИОТЕЛЕСКОПА "РАДИОАСТРОН"
© 2014 г. М. Ю. Архипов, И. С. Виноградов, С. Б. Новиков, С. Д. Федорчук
Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева, РАН, г. Москва
rusengineer@mail.ru Поступила в редакцию 16.12.2013 г.
В работе представлены результаты моделирования термодеформаций отражающей поверхности космического радиотелескопа. Расчеты отклонений проведены для вариантов наиболее неблагоприятного освещения телескопа Солнцем.
Б01: 10.7868/80023420614050021
Одним из основных факторов, влияющих на точность отражающей поверхности космического радиотелескопа на орбите, являются температурные деформации конструкции. В то же время, к точности поверхности предъявляются очень высокие требования [1]. Однако габариты зеркала в рабочем положении не позволяют провести наземные термовакуумные испытания с контролем отклонений отражающей поверхности в полном объеме. Единственный путь для оценки температурных деформаций и отклонений отражающей поверхности в целом на этапе орбитального функционирования — численное моделирование.
Расчетная модель. В качестве основного расчетного метода использовался метод конечных элементов в программной реализации М8С.№8-1гап. Конечно-элементная модель включает в себя модели 27 лепестков, проставки, фермы рефлектора, научного контейнера и переходной фермы. Общее количество элементов в модели — 49821, узлов — 47247. Модель разрабатывалась с учетом возможности ее использования не только для деформационного анализа, но и для теплового. Кроме того, для большей достоверности результатов температурные поля рассчитывались с помощью программных средств собственной разработки. Это существенно сократило трудозатраты и повысило точность результатов. Существенным вопросом является вопрос о верификации расчетной модели и адекватности ее реальной конструкции. Работы по верификации расчетных моделей можно разделить на три направления. Первое направление связано с формальными проверками модели, стандартными при конечно-элементном моделировании. Оно включает в себя: — контроль исходных данных — характеристики материалов, сечения, толщины элементов ит.д.; — контроль сплошности сетки, отсутствия
вырожденных элементов и элементов с неоптимальной геометрией; — анализ паразитных температурных напряжений и частоты собственных колебаний свободной конструкции, реакции при приложении единичных нагрузок и т.д. Такие проверки сопровождали работы по моделированию деформированного состояния на всех этапах моделирования, поскольку расчетная модель в ходе этих работ претерпевала изменения. Ко второму типу можно отнести комплекс работ, связанный с анализом влияния входных данных (характеристики материалов, граничные условия, конструктивные особенности) на отклик (отклонения отражающей поверхности) расчетной модели. Фактически, это направление верификации аккумулирует в себе весь опыт, накопленный в ходе работ по моделированию деформаций. Третьим, и наиболее ценным, направлением верификации является сравнение результатов численного моделирования с результатами натурных испытаний. Это вибродинамические испытания изделия 1410 (макет КРТ для вибродинамических испытаний), для которых получено хорошее совпадение результатов испытаний и численного моделирования [2]. Также получены хорошие совпадения для статического нагружения этого же изделия в ходе работ по контролю точности и повторяемости раскрытия зеркала. Очень полезными для отработки расчетных методик оказались термовакуумные испытания отдельных лепестков, прошедшие в испытательном центре ES-TEC Европейского космического агентства в 1994 и 1998 гг.
Граничные условия. В качестве граничных условий для итогового расчета рассматривались различные варианты температурных полей, обусловленных ориентацией КРТ относительно Солнца. Ниже приводятся результаты для двух наиболее
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ
429
117.4
113.8
121.
Рис. 1
Рис. 2
характерных: освещение со стороны служебного модуля "Навигатор" под углом 15° к продольной оси КА (расчетный случай "Х15") и освещение перпендикулярно продольной оси КА (расчетный случай "70"). Для примера на рис. 1 представлено поле температур на лепестках рефлектора для расчетного случая "Х15", наиболее значительное снижение температур наблюдается на двух лепестках, затеняемых панелями солнечных батарей.
Результаты. В таблице приводятся результаты итогового моделирования температурных деформаций для расчетных случаев ориентации аппарата относительно Солнца.
В качестве примера отклонения отражающей поверхности по нормали для расчетного случая "Х15" представлены на рис. 2.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представлены отклонения отражающей поверхности КРТ для двух характерных случаев температурных полей, обусловленных ориентацией КА относительно Солнца. Максимальное отклонение, кроме температурных деформаций, включающее в себя: — погрешности изготовления, — неточности юстировки, — неточности раскрытия, — отклонения, вызванные особенностями поведения композиционных материалов в условиях космоса, не превысило 2.0 мм для обоих вариантов ориентации КРТ относительно Солнца.
Проект "РадиоАстрон" осуществляется Астро-космическим центром ФИАН им. П.Н. Лебедева и НПО им. С.А. Лавочкина по контракту с Российским космическим агентством совместно со многими научно-техническими организациями в России и других странах.
Отклонения Ориентация относительно Солнца
по нормали Х15 70
Максимальные + 1.16 мм + 1.00 мм
Минимальные —0.07 мм —0.138 мм
Среднеквадрати-ческие 0.40 мм 0.29 мм
6 КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ том 52 № 5
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кардашев Н.С. и др. "Радиоастрон" — телескоп размером 300000 км: основные параметры и первые результаты наблюдений // Астроном. ж. 2013. Т. 90. № 3. С. 179-222.
2. Архипов М.Ю., Виноградов И.С., Кардашев Н.С., Усюкин В.И. Проект "Радиоастрон" — вклад в проект сотрудничества кафедры СМ1 МГТУ им. Н.Э. Баумана и АКЦ ФИАН // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2012. С. 49—59.
2014
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.