Для обеспечения надежной связи с космическими аппаратами, в том числе военной и правительственной связи, необходимо создание крупногабаритных прецизионных рефлекторов (отражателей) антенн, при изготовлении которых сегодня все больше используются композиты. Рефлекторы антенн частотного диапазона Q/Ka (42,5-45,5 ГГц и 18,2-21,2 ГГц) наземного и космического применения должны одновременно обладать высокой геометрической стабильностью, устойчивостью к температурным воздействиям, небольшим весом и повышенной жесткостью. В Красноярском филиале Института выполнены комплексные расчетно-экспериментальные исследования механики деформирования и разрушения, характеристик механических свойств, предельных состояний и надежности, конструкций крупногабаритных прецизионных рефлекторов данного частотного диапазона в заданных режимах и условиях транспортирования, развертывания и эксплуатации. При выполнении работы использовались расчетные и экспериментальные методы механики деформируемого твердого тела, вычислительной математики, математической статистики, системного анализа, инженерного проектирования.
Оценка и подтверждение выполнения требований, предъявляемых к рефлекторам, предполагает решение сопряженных задач механики деформируемого твердого тела, аэродинамики и теплопроводности. На основе разработанных методик и многомасштабных численных моделей сотрудниками Красноярского филиала определены особенности напряженно-деформированного состояния структурно-неоднородных элементов и композитных конструкций, исследованы особенности предельных состояний конструкций при экстремальных сочетаниях нагрузок и воздействий внешней среды, обоснованы рациональные конструктивные схемы и конструктивно-технологические решения, обеспечивающие заданные высокие требования к точности рабочих поверхностей рефлекторов.
Модели конструкций рефлекторов антенн из композиционных материалов: космического диаметром до 5 м (слева) и наземного диаметром до 12 м (справа)
Для обеспечения достоверности результатов численных решений использовалась многоуровневая декомпозиция задач расчетного анализа, которая заключается в многомодельном анализе параметрических моделей рефлекторов с последовательным уточнением конструктивно-технологических решений. На основе результатов многовариантного вычислительного моделирования сформулированы концепция и содержание задач расчетного анализа конструкций прецизионных крупногабаритных рефлекторов в рамках системного подхода к обеспечению их геометрической стабильности, прочности и определению рациональных конструктивных вариантов.
Расчетные поля эквивалентных напряжений и амплитудно-частотная характеристика конструкции наземного рефлектора
В ходе работ сформулирован подход к анализу соответствия конструкций прецизионных рефлекторов техническим требованиям, заключающийся в частичной замене экспериментальных исследований стойкости, прочности, устойчивости к воздействию внешних воздействующих факторов расчетными испытаниями на прочность.
Полученные результаты являются расчетно-экспериментальной базой для оптимизации силовых конструкций рефлекторов и проектных расчетов крупногабаритных прецизионных рефлекторов. На основе выполненных исследований разработаны конструкторско-технологическая документация на изготовление рефлекторов космических и наземных антенн из композитных материалов, с применением интеллектуальных полимерных композиционных материалов и требования по обеспечению качества и надежности их конструкций.
Эквивалентные напряжения в элементах конструкции космического рефлектора при действии случайной вибрации со среднеквадратичным отклонением 12g
Научный результат «Расчетно-экспериментальное исследование механики деформирования, предельных состояний и надежности конструкций рефлекторов космических и наземных антенн из композитных материалов», полученный коллективом авторов в составе к.т.н. А.Е. Бурова, к.т.н. С.В. Доронина, д.т.н. А.М. Лепихина, д.т.н. В.В. Москвичева, к.т.н. Е.В. Москвичева, к.т.н. Е.М. Рейзмунт, м.н.с. Ю.Ф. Филипповой был утвержден Учёным советом Института как один из важнейших результатов за 2018 год.
Схема декомпозиции конструкции и задач расчетного анализа конструкции антенны
