ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ ФЕРМЫ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

© К.Б.Добросовестнов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2008 г.

Для нормальной работы системы астроориентации необходимо, чтобы конструкция, на которой установлены оптические приборы, не изменяла геометрических размеров и формы в процессе эксплуатации. Целью исследования является изучение напряженно-деформированного состояния при взлете, термодеформаций системы, динамических характеристик фермы оптических приборов.

Ферма оптических приборов представляет собой статически неопределимую конструкцию. Панели приборов — плиты переменной по сечению толщины, усиленные рёбрами. Панели жестко зафиксированы болтовыми соединениями и стержневыми элементами. К панелям крепится термостабилизационный кожух. Вся конструкция устанавливается на каркас перелётного модуля. Высокие требования к термостабильности размеров объясняются чувствительностью приборов к изменению взаимного положения, что ведёт снижению точности показаний. К изделию предъявляются повышенные требования по отклонению от плоскостности и параллельности посадочных плоскостей приборов.

Исследования выполнены с использованием метода конечных элементов. Конечно-элементное описание фермы оптических приборов как сборочной единицы с учетом последующего включения в общую модель, необходимо проводить с возможной минимизацией числа неизвестных. Наличие большого числа степеней свободы может настолько повысить трудоёмкость вычислений, что численное решение становится невозможным, причем не столько из-за недостатка вычислительных ресурсов, сколько из-за проблем сходимости при нелинейном анализе. Предварительно проведено исследование влияния частоты и способа дискретизации модели на результаты расчетов.

Выполнено несколько этапов расчета с целью оптимального выбора конструктивного исполнения и материалов фермы оптических приборов. Были выявлены зоны концентрации механических напряжений, элементы конструкции, не обеспечивающие необходимой жесткости при колебаниях системы, подобраны материалы с оптимальными теплофизическими характеристиками при возможно меньшем удельном весе. Критерии выбора вариантов конструктивного исполнения формируются на основе следующих выходных параметров: масса изделия, собственная минимальная частота колебаний фермы, термостатическое относительное перемещение контрольных точек, максимальное эквивалентное напряжение для перегрузки в процессе взлёта.