В настоящее время для двухстороннего обмена информацией между различными приемно-передающими объектами и объектами ракетно-космической техники широкое распространение находят параболические антенны, которые в транспортном положении находятся в собранном виде и разворачиваются в рабочее состояние при помощи специальных приводных элементов [1]. Надежность штатного срабатывания этих систем во многом зависит от геометрии конструкции, используемых материалов, точности изготовления, трения в узлах сочленения ее элементов и нагрузок, действующих на конструкцию и ее составные части [2]. Одним из основных параметров, определяющих эффективность работы антенны в целом, является сохранение геометрии ее отражателя в исходном, недеформированном состоянии, а также после раскрытия антенны в рабочее состояние.

Целью настоящей  работы  является исследование влияния основных механических факторов, определяющих надежное раскрытие антенны в рабочее состояние. Для решения этой задачи в пакете программ Ansys Workbench [3] была разработана динамическая модель конструкции раскрываемого отражателя, состоящего из центрального основания, на котором размещены устройства поворота формообразующих спиц с прикрепленным к ним зеркалом из радио-отражающего сетепопотна. На рис. 1 представлена геометрическая модель антенны, которая развернута в рабочее состояние.

Построенная конечно-элементная модель антенны применялась для исследования переходного процесса движения кинематически связанных элементов антенны. В процессе анализа этого процесса установлены потребные инициализирующие усилия, исследовано влияние свойств материала отражателя на работу основных кинематических узлов. Выполнен модальный анализ конструкции и определены частоты и формы собственных колебаний антенны, развернутой в рабочее положение.

В результате выполненного анализа установлено:

—        использование материала зеркала с большим модулем упругости уменьшает значения собственных частот колебаний;

—        значительное влияние на время раскрытия антенны и потребное усилие инициализации оказывает сила трения в шарнирах и между рабочими поверхностями узлов антенны.

В рассматриваемой схеме раскрытия антенны усилие инициализации переменное и имеет наибольшее значение в  первоначальный    момент    времени.

Исследование различных способов инициализации показало, что наиболее эффективно использование пружины на начальном этапе раскрытия антенны. Кроме того, при одинаковой силе трения материалы с большей плотностью увеличивают время ее раскрытия.

Установлено, что для рассматриваемой конструкции направляющие втулки из фторопластас коэффициентом трения (0.02-0.04) позволяют уменьшить силу инициализации и время раскрытия. Использование подшипников качения в узлах антенны нежелательно, так как, несмотря на то, что это снижает инициализирующую нагрузку, система совершает колебания с большей амплитудой, потому что трение уже не гасит части колебательных процессов в антенне. В качестве иллюстрации выполненных расчетов на рис.2 приводится первая форма колебаний раскрытой антенны без отражающего материала.

Библиографический список

1. Никольский В. В. Проектирование космических аппаратов: учебное пособие. СПб: БГТУ «Военмех», 2005.
2. Погорелов В. И. Строительная механика тонкостенных конструкций. СПб, БХВ-Петербург, 2007.
3. Бруяка В. А. Инженерный Анализ в ANSYS Workbench. Часть 1. Самара: 2010.

А. В. Горбунов,

студент 5-го курса БГТУ «Военмех»

В. И. Погорелов,

д-р техн. наук, профессор, Заслуженный работник высшей школы РФ