В Институте вычислительных технологий СО РАН реализован проект по исследованию свойств орбитальных и наземных антенн из композитных материалов.
Для обеспечения надежной связи с космическими аппаратами (в том числе военной и правительственной) необходимо создание крупногабаритных прецизионных рефлекторов (или отражателей) антенн, при изготовлении которых сегодня все больше используются композиты. Решению этой проблемы был посвящен проект, который выполнялся Институтом вычислительных технологий совместно с Сибирским государственным университетом науки и технологий им. М.Ф. Решетнева (г. Красноярск) при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в интересах индустриального партнера – АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева (г. Железногорск Красноярского края), ведущего предприятия России в области космических аппаратов связи, телевещания, навигации и геодезии. Цель проекта заключалась в разработке конструкций и опытной отработке технологий изготовления образцов крупногабаритного рефлектора антенны наземного применения и трансформируемого прецизионного крупногабаритного рефлектора антенны космического назначения, работающих в диапазонах 42,5-45,5 ГГц и 18,2-21,2 ГГц.
«Рефлекторы антенн такого частотного диапазона должны одновременно обладать высокой геометрической стабильностью, устойчивостью к температурным воздействиям, небольшим весом и повышенной жесткостью. Оценка и подтверждение выполнения этих требований предполагает решение сопряженных задач механики деформируемого твердого тела, аэродинамики и теплопроводности, – рассказал руководитель авторского коллектива, доктор технических наук Владимир Викторович Москвичев. – Перед нами была поставлена задача провести комплексные расчетно-экспериментальные исследования механики деформирования и разрушения, характеристик механических свойств, предельных состояний и надежности конструкций рефлекторов в заданных режимах и условиях транспортирования, развертывания и эксплуатации».
При решении этой задачи, как отметил ученый, был предложен новый подход к анализу соответствия конструкций прецизионных рефлекторов техническим требованиям. Речь идет о частичной замене экспериментальных исследований расчетными испытаниями на прочность. На основе разработанных методик и многомасштабных численных моделей в ИВТ СО РАН были определены особенности деформирования структурно-неоднородных элементов и композитных конструкций рефлекторов, исследованы особенности предельных состояний конструкций. Компьютерное моделирование позволило также проводить параметрическую оптимизацию конструкций рефлекторов.
«Для конструкций крупногабаритных рефлекторов целесообразно рассматривать как минимум два иерархических уровня расчетного анализа, – пояснил В.В. Москвичев. – Первоначально на стадии эскизного проектирования на упрощенных математических моделях выполняется решение ограниченного числа задач для оценки принципиальной возможности построения и работоспособности альтернативных вариантов рефлекторов. Затем на стадии технического проектирования проводится полный расчетный анализ эффективности конструктивных решений с инженерной степенью детализации, соответствующей действующим отраслевым нормативным документам. Итоговым же результатом являются предложения по обеспечению требуемых характеристик геометрической стабильности, прочности, ресурса и надежности конструкций; система показателей оценки качества и обоснование рационального выбора из нескольких альтернативных вариантов. Мы успешно прошли все эти стадии».
Результаты, полученные сотрудниками ИВТ СО РАН в ходе выполнения проекта, являются расчетно-экспериментальной базой для оптимизации силовых конструкций антенн и проектных расчетов крупногабаритных прецизионных рефлекторов нового поколения. На основе выполненных исследований была разработана конструкторско-технологическая документация на изготовление рефлекторов космических и наземных антенн из композитов с применением интеллектуальных полимерных материалов, составлены требования по обеспечению качества и надежности их конструкций. В 2019 году на базе АО «ИСС» намечены предварительные и приемочные испытания составных частей разработанных рефлекторов.
Контакты Красноярского филиала ИВТ СО РАН: т. +7 (391) 227-29-12, email: krasn@ict.nsc.ru.
Модели конструкций рефлекторов антенн из композиционных материалов: космического диаметром до 5 м (слева) и наземного диаметром до 12 м (справа)
Трансформируемый прецизионный крупногабаритный рефлектор космической антенны диаметром до 5 м
Схема декомпозиции конструкции и задач расчетного анализа конструкции антенны
Директор Красноярского филиала ИВТ СО РАН д.т.н. Москвичев В.В.
