Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Моделирование коррекции формы тонкостенного композитного рефлектора космического аппарата

Автор

Е.В. Москвичев

Организация

Федеральный исследовательский центр информационных и вычислительных технологий
г. Красноярск, Российская Федерация

Аннотация

В работе рассматривается регулируемый тонкостенный композитный рефлектор в составе малого космического аппарата. Рефлектор состоял из 6 одинаковых секторов, каждый из которых имел по 4 регулировочных узла в виде линейных актуаторов. Цель работы заключалась в оценке возможностей численного моделирования для обеспечения геометрической стабильности рефлектора путем коррекции его формы с помощью регулировочных узлов. Для этого были представлены две эскизные модели, соответствующие стадиям жизненного цикла конструкции. Модель формования применялась для проведения расчетов остаточных деформаций при изготовлении рефлектора в автоклаве. Модель орбитального полета рассчитывала температурные деформации рефлектора во времени от воздействия переменного потока солнечного излучения. Для каждой из моделей были проведены серии оптимизационных расчетов методом Нелдера-Мида. Расчеты позволили определить положения регулировочных узлов рефлектора, обеспечивающих минимальное значение среднеквадратичного отклонения отражающей поверхности от параболоида. Результаты расчетов показали, что найденные оптимальные регулировки позволяют существенно компенсировать деформации рефлектора и повысить его геометрическую стабильность как единовременно после формования, так и в зависимости от времени при орбитальном полете. Таким образом, представленная методология многовариантного численного анализа может быть перспективной для создания системы коррекции формы рефлектора на его основных жизненных стадиях.

Ключевые слова

регулируемый рефлектор, космический аппарат, коррекция формы, актуатор, цифровой двойник

Список литературы

[1] Дуань Б. Большие развертываемые космические антенны (БРКА) – Подробное описание // Китайский журнал электроники. 2020. Т. 29. № 1. С. 1–15. DOI 10.1049/cje.2019.09.001

[2] Тайгин В. Б., Лопатин А. В. Разработка зеркальной антенны космического аппарата с ультралегким высокоточным размеростабильным рефлектором // Космические аппараты и технологии. 2019. Т. 3. № 3. С. 121–131. DOI 10.26732/2618-7957-2019-3-121-131

[3] Ланг М., Байер Х., Эрнст Т. Высокоточные тонкостенные рефлекторы – концепции конструкции, оптимизация конструкции и методы коррекции формы, Материалы Европейской конференции по конструкциям космических аппаратов, материалам и механическим испытаниям, Нордвейк, Нидерланды, 2005.

[4] Ходж Дж. Проектирование модельно-ориентированных систем (ПМОС) Подход к проектированию и оптимизации антенных систем с фазированной решеткой [Электронный ресурс] // Phoenix Integration: [сайт]. [2020]. URL: https://www.phoenix-int.com/wp-content/uploads/2020/08/MC_Presentation?2020-Final?1.pdf (дата обращения: 26.04.2024).

[5] Москвичев Е. В. Концепция цифрового двойника рефлектора антенны космического аппарата // Распределенные информационно-вычислительные ресурсы (DICR?2022): Сборник трудов XVIII Российской конференции с международным участием, Новосибирск, 05–08 декабря 2022 г. Новосибирск: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр информационных и вычислительных технологий», 2022. С. 186–189. DOI: 10.25743/DIR.2022.10.76.031

[6] Преумонт А., Алалуф Д., Ван К., Родригес Г. Адаптивные тонкостенные рефлекторы для будущих космических телескопов, ECSSMET 2016–14 Европейская конференция по конструкциям космических аппаратов, материалам и механическим испытаниям, 2016.

[7] Барто А., Эктон Д. С., Финли П., Галлахер Б., Харди Б., Найт Дж.С., Лайтси П. Применение и отказоустойчивость актуаторов оптических элементов зеркала космического телескопа Джеймса Уэбба // SPIE Астрономические телескопы + приборы. 2012. Т. 8442. DOI 10.1117/12.924596

[8] Ажевский Я. А., Просунцов П. В. Использование активной системы терморегулирования для создания рефлектора антенного комплекса космического базирования // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2022. № 4. С. 87–96. DOI 10.18698/0536-1044-2022-4-87-96

[9] Нильсен К. Дж.Г., Тиан Д., Ван К., Преумонт А. Адаптивные развертываемые рефлекторы с тонкой сферической оболочкой // Актуаторы. 2022. Т. 11. № 7. DOI 10.3390/act11070198

[10] Кабанов С. А., Митин Ф. В. Оптимальное управление пьезоактюатором для настройки радиоотражающего сетеполотна космического рефлектора // Изв. вузов. Приборостроение. 2021. Т. 64. № 3. С. 183–191. DOI 10.17586/0021-3454-2021-64-3-183-191

[11] Сато Й., Фуруя Х., Когисо Н. Специальная коррекция режима ошибки для деформируемого рефлектора путем одновременной оптимизации конструкции и актуатора // Журнал космических аппаратов и ракет. 2020. Т. 57. № 4. С. 728–739. DOI 10.2514/1.A34480

[12] Тайгин В. Б., Лопатин А. В. Метод обеспечения высокой точности формы рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов // Космические аппараты и технологии. 2019. Т. 3. № 4. С. 200–208. DOI 10.26732/2618-7957-2019-4-200-208

[13] Лу Ю. Ф., Юэ Х. Х., Дэн З. Ц., Цзоу Х. С. Адаптивное управление формой при температурном деформировании мембранного зеркала с плоскими ПВДФ актуаторами // Китайский журнал машиностроения. 2018. Т. 31. DOI 10.1186/s10033-018-0212-y

[14] Шао С., Сун С., Сюй М., Цзян В. Механически реконфигурируемый отражатель для будущего применения в умной космической антенне // Умные материалы и конструкции. 2018. Т. 27. № 9. DOI 10.1088/1361-665x/aad480

[15] Гото К., Сакамото Х., Инагаки А., Танака Х., Ишимура К., Окума М. Проектирование актуатора для космического умного рефлектора для уменьшения температурных деформаций // Труды Японского общества аэронавтики и космических наук, аэрокосмических технологий. Япония. 2016. Т. 14. № 30. С. 25–31. DOI 10.2322/tastj.14.pc_25

[16] Рябов К. В., Федотов О. В., Филимонов В. Н. Разработка и исследование актуатора для радиотелескопа с активным рефлектором // Вестник машиностроения. 2014. № 6. С. 14–20.

[17] Хилл Дж., Ван К. В., Фанг Х. Достижения в методологиях управления поверхностью гибких космических рефлекторов // Журнал космических аппаратов и ракет. 2013. Т. 50. № 4. С. 816–828. DOI 10.2514/1.A32231

[18] Кабрия Л., Гарсия Х. А., Гутьеррес-Риос Х., Тейзон А., Вассалло Дж. Активные рефлекторы: возможные решения на основе решеток и отражателей Френеля // Международный журнал антенн и распространения радиоволн. 2009. Т. 2009. DOI 10.1155/2009/653952

[19] Фанг Х., Им Э., Кихано У. О., Ван К. В., Хилл Дж., Мур Дж., Пирсон Дж., Луи К., Джут Ф. Высокоточное адаптивное управление поверхностью большого рефлектора, Конференция по технологиям наук о Земле 2008, США, 2008.

[20] Бердникова Н. А., Белов О. А., Лопатин А. В. Исследование и оптимизация режима изготовления высокоточного композитного рефлектора антенны космического аппарата // Космические аппараты и технологии. 2019. Т. 3. № 2. С. 59–72. DOI 10.26732/2618-7957-2019-2-59-72

[21] Джон М., Нама С., Д’Антрасси Н., Вустенхаген С., Кромбхольц А., Шлимпер Р. Моделирование процесса прессования препрега с использованием ANSYS Composite Cure Simulation (ACCS), Конференция CADFEM по моделированию в ANSYS, 2017.

Дополнительные сведения

Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России для Федерального исследовательского центра информационных и вычислительных технологий.

Цитирование данной статьи

Москвичев Е.В. Моделирование коррекции формы тонкостенного композитного рефлектора космического аппарата // Космические аппараты и технологии. 2024. Т. 8. № 2. С. 112-119.

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.