WEB-ресурс научно-практических конференций

К.ф-м.н . Седельников А.В., Голубева А.А., Цилдерманис Д.С.

Институт энергетики и транспорта Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет), Российская Федерация

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ КОСМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ

Создание современной космической лаборатории с уникальными условиями, на базе которой можно успешно проводить гравитационно-чувствительные процессы, является амбициозным и актуальным проектом современного аэрокосмического комплекса [1]. Поэтому задача обеспечения благоприятных условий имеет важное практическое значение. Конструкция таких аппаратов предполагает наличие больших упругих элементов конструкции, например панелей солнечных батарей (ПСБ) и радиатора. Причем высокая энергоемкость проводимых процессов требует протяженных ПСБ для обеспечения бесперебойного питания потребителя. Исследования [2] показывают, что наибольший вклад в поле микроускорений вносит квазистатическая компонента, порождаемая колебаниями больших упругих элементов лаборатории создан ряд моделей оценки этой компоненты [1; 3] однако эти колебания не являются единственным источником микроускорений внутренней среды космической лаборатории. Если параметры орбиты КА таковы, что он периодически погружается в тень Земли, то при погружении и выходе из тени наблюдается тепловой удар [4].

В работе производится оценочный расчет микроускорений, возникающий при температурных деформациях упругого элемента. Причем исследуется актуальность проблемы учета этих деформаций при оценке микроускорений в зоне размещения технологического оборудования. Рассмотрим простейшую модель балки Эйлера-Бернулли. Этот вариант послужит основой для более сложной модели температурных деформаций рамы, которая представляет собой ПСБ и радиатора. При моделировании считается, что балка выполнена из сплава МА 2. Ее длина составляет 5 м , а сечение представляет собой квадрат со стороной 10 см . Такие параметры соответствуют проектному в настоящее время КА, технологического названия « ОКА-Т ». Для проведения выполнения оценочных расчетов была выбрана программа Comsol Multiphysics 3.5 a . В ней было произведено численное моделирование, в котором исследовалось влияние температурного градиента на конечный уровень микроускорений в рабочей области КА, считается, что весь дополнительный импульс, возникающий при деформации балки передается на корпус КА.

В программе COMSOL была построена 3 D модель балки с заданными конечными условиями (см. рис №1), соответствующими солнечному тепловому потоку на орбите Земли. Погонная масса составляет 20 кг/м. Разность температур в тени Земли и на солнечной стороне рассчитывалась от -170 до +110 ⁰ C .

Рис. 1. Трехмерное изображение моделируемого элемента

Модель балки представляет собой сильно упрощенную схему упругого элемента. Эта модель не учитывает деформацию изгиба ПСБ, что приведет к завышенной оценке микроускорений. В реальности ситуация такова, что часть импульса будет затрачена на изгиб ПСБ и не передастся корпусу КА.

На данном этапе решена одномерная задача движения первоначального находящегося в покое тонкого стержня при тепловом ударе в приведенном выше диапазоне температур.

Модель тонкого стержня может быть использована для исследования температурных колебаний антенн космической лаборатории. Проведенные в работе исследования показали, что возможны ситуации, когда необходим учет микроускорений, создаваемых за счет анализируемого эффекта.

Список использованных источников:

1. Седельников А.В. Проблема микроускорений : от осознания до фрактальной модели. Ч. 1. / А.В. Седельников // Физическая модель квазистатической компоненты микроускорений М.: РАН, Избранные труды Российской школы. – 2010. – 107 с .

2. Седельников А.В. Моделирование движения упругого космического аппарата в целях оценки микроускорений / А.В. Седельников, А.А. Серпухова // Изв . Вузов. Авиационная техника. – 2009. – № 4. – С. 71-72.

3. Седельников А.В. Фрактальная оценка микроускорений при слабом демпфировании собственных колебаний упругих элементов КА. I / А.В. Седельников // Изв . Вузов. Авиационная техника. – 2008. – №3. – С. 73-75.

4. Седельников А.В. Влияние температурных деформаций упругих элементов на динамику движения космического аппарата типа «НИКА-Т» / А.В. Седельников, М.И. Казарина // Вестник МАИ. – 2011. – Т.18. – №2. – С. 47-51.