ДЕФОРМАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ОТРАЖАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 70-МЕТРОВОЙ АНТЕННОЙ УСТАНОВКИ ОТ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

February 28, 2013 by admin Комментировать »

Кошелева С. М, Андреев П. П, Бондарев А. В., Гиммельман В. Г. ОАО «Конструкторское бюро специального машиностроения» Лесной пр., д. 64, г. Санкт-Петербург, 194100, Россия тел.: +7(812)2929269, e-mail: byro@mail.wplus.net

Аннотация – В данной работе рассмотрено влияние климатических факторов на отдельно взятые фасеты зеркальной системы (ЗС) антенной установки (АУ) 70-метровой антенны СМ-214 АУ (Крым, Уссурийск), т. е. формирование температурных полей от климатических факторов (солнечное излучение, конвекция, ночное выхолаживание) и влияние температурных полей на искажение формы отражающих поверхностей.

I.                                       Введение

Исследования космического пространства сопровождается развитием антенной техники, предназначенной для исследования космических объектов и связи с пилотируемыми космическими кораблями. Современные комплексы космической связи оснащены АУ различного базирования, типов и размеров с диаметрами зеркал от 8 до 100 м, работающими на волнах дециметрового сантиметрового и миллиметрового диапазонов.

Дальнейшее развитие исследований космического пространства требует создание нового поколения наземных АУ удовлетворяющих повышенным требованиям к точности наведения, динамическим характеристикам и точности отражающих поверхностей.

Значительное влияние на точность зеркальных систем антенных установок оказывают тепловые воздействия. Перемещения элементов отражающих

Рис. 1. Модель наружной фасеты АУ РТ-70.

Fig. 1. Model of AU RT-70 external facet

Эффективность и качество работы АУ зависит от условий эксплуатации, в том числе и климатических факторов, оказывающих воздействие на функциональные характеристики антенн. В процессе эксплуатации АУ подвергаются воздействию множества случайных факторов, поэтому для оценки качества системы наиболее приемлемым является критерий, основанный на определении суммарной эксплуатационной среднеквадратической ошибки (СКО), характеризующей откпонение отражающей поверхности от теоретического профиля.

поверхностей за счет термодеформаций, вызываемых тепловыми воздействиями на силовой каркас, растут пропорционально увеличению габаритных размеров конструкций, то есть оказываются наиболее опасными именно для крупных АУ.

Деформации изменяют соотношения размеров элементов, искажают форму отражающих поверхностей, приводят к отклонению осей антенных установок от заданного положения.

II.                       Моделирование фасет

Отражающая поверхность АУ образована из 1188 фасет, все фасеты делятся вдоль образующей на 14 уровней (ярусов), фасеты каждого уровня отличаются габаритами, числом перфорированных ребер жесткости и т. д.

Для расчета были построены конечно-элемент- ные модели, в современном программном комплексе ANSYS 9.0, крайней и центральной фасет АУ двух степеней сложности:

–        подробные модели;

–        упрощенные модели.

Модели двух степеней сложности были построены с целью проанализировать по полученным результатам степень возможного упрощения при моделировании конструкции фасет для дальнейшего построения полномасштабной конечно-элементной модели ЗС АУ и в целом всей металлоконструкции 70- метровой АУ.

Программный пакет ANSYS 9.0 имеет конечное допустимое значение узлов, при котором расчет еще может быть произведен, при превышении которого не представляется возможным произвести расчет модели в силу программных ограничений. На практике возможности ПК ограничивают возможности пакета раньше, чем достигнуто предельное количество узлов. На основании вышесказанного изучены локальные температурные поля и деформации смоделированных подробно на отдельных фасетах и общие температурные поля и деформации на полной модели ЗС АУ состоящей из упрощенных фасет.

Отражающая поверхность зеркальной системы представляет собой параболоид вращения, уравнение которого выглядит следующим образом:

где начало системы координат OXYZ находится в центре зеркальной системы (в вершине параболоида) ось X направлена от центральной фасеты к наружной, ось Y совпадает с фокальной осью.

Фасета представляет собой высеченную часть из параболоида вращения (рис. 1), с силовым набором из ребер толщиной 2 мм. Фасеты крепятся к ферменному каркасу с помощью актуаторов, в четырех крайних узлах, позволяющих ориентировать фасеты по азимуту и углу места. Исходя из этого при перегреве, перемещение узлов центральной части фасеты будет значительно больше, чем перемещение крайних узлов.

III.          Влияние климатических факторов

Формирование температурного поля АУ происходит при воздействии комплекса климатических факторов и зависит от геометрии размеров и теплофизических характеристик рассмотренной системы (прямая и рассеянная солнечная радиация, конвективный теплообмен с окружающим воздухом и т. д.)

Коэффициенты теплопроводности, конвективной и лучистой теплоотдачи и характерные размеры ребер таковы, что по высоте ребра создается перепад температуры примерно равный перепаду между обшивкой и воздухом, что может привести к деформации ребра и смещению узлов фасеты на несколько миллиметров [1].

При изучении деформации фасеты от солнечного излучения был рассмотрен вариант максимального перегрева, фокальная ось направлена на Солнце, вся отражающая поверхность фасеты целиком подвергается солнечному воздействию. При этом происходит отток тепла к ребрам жесткости.

Распределение температурных полей наружной фасеты при фокальной оси направленной на солнце приведено на рис 2

Рис. 2. Распределение температуры на поверхности наружной фасеты.

Fig. 2. Distribution of temperature over the surface ofthe extemal facet

При этом CKO составляет 0,224 мм, a максимальное перемещение узлов фасеты 0,358 мм.

IV.                                   Заключение

Деформации от климатических факторов вносят существенный вклад в суммарные деформации АУ. Поэтому решение подобных задач поможет предвидеть и избежать ряд проблем при конструировании АУ, особенно крупногабаритных.

V.                            Список литературы

[1] Байрамов Р. Б., Баум И. В., Воробьев А. М., Гурбаня- зов М. А., Князев И. Н., Мачуев Ю. И., Фокин В. Г. Климатические воздействия на антенные системы:. Ашхабат. 1988 г.

DEFORMATIONS OF ELEMENTS OF THE REFLECTING SURFACES OF THE 70-METER ANTENNA INSTALLATION CAUSED BY CLIMATIC FACTORS

S. M. Kosheleva, P. P. Andreyev, A. V. Bondarev,

V. G. Gimmelman JSC «Special Mechanical Engineering Design» Lesnoy Pr, Saint-Petersburg, 194100, Russia Ph.: +7(812) 2929269, e-mail: byro(^mail. wplus.net

Abstract – This paper considers influence of climatic factors on facets taken separately of the mirror system of the antenna installation of the 70-meter antenna SM-214AU (Crimea, Ussuri- ysk), i. e. formation of temperature fields from climatic factors (solar radiation, convection, night cooling) and influence of temperature fields on distortion ofthe reflecting surface form.

I.                                         Introduction

To calculate, final-element models have been built using modern software program ANSYS 9.0 of the outermost and the central facets of the antenna installations of two degrees of complexity:

–        detailed models,

–        simplified models.

II.                                        Main Part

Models of two degrees of complexity have been built with a view to analyze in respect to the results obtained a degree of possible simplification under modeling the facet structure for further building ofthe full scale final element model ofthe mirror system ofthe antenna installation and on the whole metal structure of the 70-meter antenna installation.

The reflecting surface of the mirror system represents a paraboloid of rotation, its equation looks as follows:

where the beginning of the coordinate system OXYZ is in the center of the mirror system (at peak of the paraboloid), axis X is directed from the central facet to the external one, axis Y coincides with the focal axis.

The facet represents a cutout part from the paraboloid of rotation with power set of ribs of 2 mm in width. Facets are secured to the truss frame by way of actuators at four extreme assemblies allowing pointing the facets by azimuth and elevation. Bearing this in mind, when overheating, movement of assemblies of the central part will be significantly greater, than movement ofthe extreme assemblies.

Formation of the temperature field of the antenna installation occurs under influence of a system of climatic factors and depends on geometry sizes and thermo-physical characteristics of the discussed system (direct and diffused solar radiation, convectional thermal exchange with ambient air etc).

When studying deformation of the facet from the solar radiation, a variant of maximum overheating has been considered; the focal axis is pointed at the Sun, the whole reflecting surface of the facet is subjected totally to solar influence. In doing so, outflow of heat to stiffening rib occurs.

III.                                       Conclusion

Deformations from climatic factors contribute sufficiently to aggregate deformations of the antenna installation. Therefore, solution of the similar tasks will help to foreseen and avoid a number of problems under designing of the antenna installations, especially large dimensional ones.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты