×
01.03.2019
219.016.cdd9

СИЛОВАЯ ФЕРМА КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛЕСКОПА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при создании различных ферменных и рамных конструкций, к которым предъявляются высокие требования по жесткости и геометрической стабильности размеров от действия температур. Изобретение направлено на обеспечение стабильности как продольных, так и поперечных линейных размеров фермы в неравномерном поле температур для уменьшения дефокусировки телескопа. Этот технический результат обеспечивается за счет того, что в силовой ферме, состоящей из продольных, поперечных и диагональных цилиндрических стержней, соединенных между собой в узлах пересечения, диагональные, продольные и поперечные цилиндрические стержни выполнены составными и соединены между собой биметаллическими кольцами по их внешним и внутренним диаметрам. При этом в местах соединения с биметаллическими кольцами в стержнях выполнены продольные прорези на длину краевого эффекта, причем геометрические размеры составных цилиндрических стержней, биметаллических колец и физико-механические характеристики применяемых материалов связаны соотношениями, приведенными в формуле изобретения. 6 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области космических телескопов (КТ) и может быть использовано при создании различных ферменных и рамных конструкций, к которым предъявляются высокие требования по жесткости и геометрической стабильности размеров от действия температур.

Известна силовая ферма КТ, состоящая из продольных стержней, расположенных под углом к оси фермы, и поперечных стержней, соединенными с продольными в узлах. С целью уменьшения дефокусировки телескопа поперечные стержни выполнены из материала с более высоким коэффициентом линейного расширения, чем продольные стержни (см. журнал «Полет» №6, стр.42, 2000 г., УКД 629.7 «Проектирование адаптивных к действию градиентов температур размеростабильных силовых конструкций летательных аппаратов». Авторы: Г.Е.Фомин, А.Н.Шайда, В.Д.Байкин).

Известна силовая ферма КТ, включающая продольные поперечные и диагональные стрежни, соединенные между собой в узлах пересечения, при этом поперечные стержни выполнены из материала с более высоким коэффициентом линейного расширения, а длины и коэффициенты линейного расширения связаны между собой соответственно (см. журнал «Полет» №5, стр.51, 2001 г., УКД 629.78 «Проектирование размеростабильных конструкций повышенной жесткости, адаптивных к действию градиентов температур». Авторы: Г.Е.Фомин, А.Н.Шайда, В.Д.Байкин) - прототип.

Известная силовая ферма, а также вышеописанная не обеспечивают достаточную стабильность линейных размеров от действия температур, так как для сохранения длины фермы - увеличивается ее поперечный размер, что приводит к дефокусировке космического телескопа.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанного недостатка, т.е. обеспечение стабильности как продольных, так и поперечных линейных размеров фермы в неравномерном поле температур с целью уменьшения дефокусировки телескопа.

Задача решается тем, что в силовой ферме КТ, состоящей из продольных, поперечных и диагональных цилиндрических стержней, соединенных между собой в узлах пересечения, при этом диагональные, продольные и поперечные цилиндрические стержни выполнены составными и соединены между собой биметаллическим кольцом, по его внешнему и внутреннему диаметрам, при этом в местах соединения с биметаллическим кольцом в стержнях выполнены продольные прорези на длину краевого эффекта, причем геометрические размеры составных цилиндрических стержней, биметаллических колец и физико-механические характеристики применяемых материалов связаны соотношениями:

где L - суммарная длина каждого из составных цилиндрических стержней;

с - ширина биметаллического кольца;

b - наружный диаметр биметаллического кольца;

а - внутренний диаметр биметаллического кольца;

α1, α2 - коэффициенты линейного расширения материалов биметаллического кольца, α12;

Н1, Н2 - толщины активного и пассивного слоев материалов биметаллического кольца;

Е1, Е2 - модули упругости первого рода материалов биметаллического кольца;

αст - коэффициент линейного расширения материала составного цилиндрического стержня;

- длины продольных прорезей в составных цилиндрических стержнях шириной Шi;

где ri - радиусы срединной поверхности составного цилиндрического стержня;

δi - толщины стенок составного цилиндрического стержня.

i=1, 2;

η≤1 - коэффициент, учитывающий упругость частей составных цилиндрических стержней в местах их соединения с биметаллическим кольцом.

На фиг.1 изображен общий вид силовой фермы космического телескопа с высокой геометрической стабильностью по длине В и диаметру D при действии неравномерного поля температур.

На фиг.2 изображен общий вид составного цилиндрического стержня силовой фермы КТ.

На фиг.3, 4 изображен процесс деформирования составных цилиндрических стержней от действия положительного и отрицательного перепадов температур соответственно.

На фиг.5 изображено деформированное состояние биметаллического кольца при действии на него положительного перепада температур.

На фиг.6 изображено распределение усилий в биметаллическом кольце при действии на него положительного перепада температур.

Силовая ферма КТ состоит из продольных, поперечных и диагональных составных цилиндрических стержней 1, 2, 3, соединенных между собой в узлах пересечения 4.

При этом каждый из составных цилиндрических стержней 1, 2, 3 состоит из двух частей 5, 6 длиной l1, l2, толщиной стенок δ1, δ2 и радиусами срединной поверхности r1, r2 соединенных между собой биметаллическим кольцом 7 с толщиной слоев Н1, Н2 с внутренним и наружным диаметрами a, b.

Материал слоя толщиной Н1 имеет коэффициент линейного расширения α1 и превосходит коэффициент линейного расширения α2 материала слоя толщиной Н2, поэтому слой толщиной Н1 является активным, а слой толщиной Н2 - пассивным.

В местах соединения с биметаллическим кольцом в составных цилиндрических стержнях 1, 2, 3 выполнены продольные прорези 8, 9 на длину краевого эффекта, обеспечивающие упругое соединение в местах крепления к биметаллическому кольцу 7.

Отсутствие продольных прорезей 8, 9 в составных цилиндрических стержнях 1, 2, 3 реализует жесткую заделку в местах их соединения с биметаллическим кольцом 7, препятствующую повороту биметаллического кольца 7, а следовательно, уменьшает эффективность в целом силовой фермы.

При действии положительного или отрицательного (Т>Т0 или Т<Т0) перепада температуры Δt=Т-T0 длины l1, l2 каждого составного цилиндрического стержня 1, 2, 3 удлиняются (укорачиваются) на величины Δl1, Δl2, а биметаллическое кольцо 7, проворачиваясь на угол φ, перемещает свои края на величину ΔK в направлении, противоположном сумме удлинений ΔL=Δl1+Δl2.

Величины Δl1, Δl2 зависят от действия температуры, длины, материала, геометрических характеристик поперечного сечения составных цилиндрических стержней 1, 2, 3. Величина ΔK зависит от действия температуры, геометрических размеров, материалов, физико-механических характеристик слоев биметаллического кольца 7 и упругости соединенных с ним частей 5, 6 составного цилиндрического стержня.

ΔK=η·c·sin φ ≈ η·c·φ,

где c=b-a - ширина биметаллического кольца;

η - коэффициент, учитывающий упругость составных цилиндрических стержней 1, 2, 3 в местах их соединения с биметаллическим кольцом 7;

φ - угол поворота биметаллического кольца 7 (фиг.5).

Для составных цилиндрических стержней, имеющих прорези по образующей на величину, равную длине краевого эффекта , единичной ширины Шi (i=1, 2) - η=1, а при отсутствии прорезей по отношению к биметаллическому кольцу стержней, в приближенных расчетах можно принять η=0,5.

Для определения ΔK считаем форму биметаллического кольца 7 неизменной, тогда и сечение кольца можно считать недеформирующимся.

Возьмем точку О (см. фиг.5), расположенную на внутреннем радиусе - в сечении биметаллического кольца 7. Тогда полное перемещение сечения кольца может быть представлено в виде последовательных перемещений точки О вдоль оси симметрии, перпендикулярно к ней и поворота на угол φ около точки О.

Перемещение биметаллического кольца 7 вдоль оси симметрии соответствует его перемещению как жесткого целого и не вызывает его деформаций. Поэтому это перемещение не рассматриваем. Составляющую перемещения перпендикулярную оси симметрии, обозначим через Δ и перемещения вследствие поворота сечения вокруг точки О - Δφ.

Δφ=у·φ.

Радиальное перемещение точки А равно

Δ+у·φ,

а окружное относительное удлинение

Окружное напряжение для активного слоя биметаллического кольца 7 равно

для пассивного слоя биметаллического кольца

Если разрезать биметаллическое кольцо 7 осевой диаметральной плоскостью и рассмотреть равновесие половины биметаллического кольца, то очевидно, что в сечениях биметаллического кольца (см. фиг.6) изгибающий момент М и нормальная сила N равны нулю, следовательно:

,

Подставляя в выражения N и М значения выражений σ1 и σ2 и исключая Δ, определяем

Очевидно, что φ будет наибольшим, если

Тогда

Подставляя в выражение для ΔK значение φmax, определяем

ΔK=η·c·φmax

При действии перепада температур Δt суммарные значения удлинения (укорочения) цилиндрических стержней равны

ΔL=(l1·αст·Δt+l2·αст·Δt)=(l1+l2стΔt

где l1, l2 - длины составных цилиндрических стержней

αст - коэффициент линейного расширения материала стержней.

Приравниваем значения выражений

ΔL=ΔK

Определяем соотношение геометрических размеров составных цилиндрических стержней 1, 2, 3 биметаллического кольца 7 и физико-механических характеристик применяемых материалов.

и, введя обозначение l1+l2=L, получаем окончательное выражение для определения потребной длины составного цилиндрического стержня, размеростабильного от действия температуры.

Учитывая, что силовая ферма состоит из множества размеростабильных от действия температуры составных цилиндрических стержней, то и в целом она будет размеростабильной по длине и по диаметру.

Предложенные техническое решение позволяет создать размеростабильную адаптивную к действию температур силовую ферму, обеспечивающую минимальную дефокусировку телескопа при действии температур.

Силовая ферма космического телескопа, состоящая из продольных, поперечных и диагональных цилиндрических стержней, соединенных между собой в узлах пересечения, отличающаяся тем, что в ней диагональные, продольные и поперечные стержни выполнены составными, соединенными между собой биметаллическим кольцом, по его внешнему и внутреннему диаметрам, при этом в местах соединения с биметаллическим кольцом в стержнях выполнены продольные прорези на длину краевого эффекта, причем геометрические размеры составных цилиндрических стержней, биметаллических колец и физико-механические характеристики применяемых материалов связаны соотношениями: ;где L - суммарная длина любого из составных стержней;с - ширина биметаллического кольца;b - наружный диаметр биметаллического кольца;а - внутренний диаметр биметаллического кольца;α, α - коэффициенты линейного расширения материалов биметаллического кольца;α - коэффициент линейного расширения материала стержня;H, H - толщины слоев материалов биметаллического кольца;E, E - модули упругости первого рода материалов биметаллического кольца; - длины продольных прорезей шириной Ш;где r - радиусы срединной поверхности составного стержня;δ - толщины составного стержня;i=1, 2;η - коэффициент, учитывающий упругость стержней в местах их соединения с биметаллическим кольцом.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 16.
20.05.2013
№216.012.404c

Ракета-носитель

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при разработке ракет-носителей. Ракета-носитель включает соединенный со второй ступенью многоразовый ускоритель с реактивной системой стабилизации и многократно используемые элементы. Многоразовый ускоритель состоит из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482030
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.09.2013
№216.012.6b0d

Космический аппарат дистанционного зондирования земли

Изобретение относится к конструкции космического аппарата (КЛ) и его бортовым, главным образом, терморегулирующим системам. КЛ конструктивно объединяет модули целевой аппаратуры и служебных систем и снабжен термостабилизирующим кожухом, выполненным в виде прямоугольного параллелепипеда. На...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493056
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.12.2013
№216.012.91eb

Ферма силовая космического телескопа

Изобретение относится к области космических телескопов (КТ) и может быть использовано для различных ферменных и корпусных конструкций, к которым предъявляются высокие требования по геометрической стабильности размеров от действия температур. Задачей настоящего изобретения является устранение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503048
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.02.2015
№216.013.2c45

Интегральная панель минимальной массы из полимерных композиционных материалов для обводообразующих агрегатов летательных аппаратов

Изобретение относится к жестким оболочкам, задающим аэродинамический наружный обвод агрегата, воспринимающим продольные и поперечные нагрузки. Интегральная панель минимальной массы из полимерных композиционных материалов (КМ) для обводообразующих агрегатов летательных аппаратов (ЛА) содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542801
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.06.2015
№216.013.581c

Тонкопленочный гибкий электронагреватель

Изобретение относится к гибким электронагревателям. Тонкопленочный гибкий электронагреватель, содержащий резистивный элемент, расположенный между двумя склеиваемыми между собой гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабженный токоотводящими проводами, имеет резистивный элемент...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554097
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.05.2016
№216.015.4371

Универсальный водородно-кислородный ракетный модуль

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в ракетных блоках (РБ). Универсальный водородно-кислородный ракетный модуль (РМ) содержит топливные баки горючего и окислителя, межбаковый отсек с нишами и разделяемым узлом, ферменный межступенчатый отсек с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585210
Дата охранного документа: 27.05.2016
26.08.2017
№217.015.d9b0

Способ компенсации оптических аберраций с использованием деформируемого зеркала

Изобретение относится к способам, которые обеспечивают компенсацию оптических аберраций с использованием деформируемого зеркала, и может быть использовано в активных и адаптивных оптических системах, предназначенных для компенсации аберраций волнового фронта светового излучения. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623661
Дата охранного документа: 28.06.2017
13.01.2019
№219.016.aeee

Трансформируемый космический отсек

Изобретение относится к трансформируемым космическим отсекам (ТКО) обитаемых модулей. ТКО включает в себя корпус, выполненный из раздвижных полых элементов (РПЭ) с устройствами фиксации положения этих элементов друг в друге, по меньшей мере один узел стыковки с другим объектом и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002676885
Дата охранного документа: 11.01.2019
01.03.2019
№219.016.c94b

Универсальный гидравлический подвесной трубный ключ

Изобретение относится к области машиностроения. Универсальный гидравлический подвесной трубный ключ содержит корпус с раскрываемыми створками с механизмом запирания, раскрываемый вращающийся ротор с челюстями, состоящий из центрального и двух боковых секторов, тормозное устройство для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002289672
Дата охранного документа: 20.12.2006
18.05.2019
№219.017.577d

Способ изготовления крупногабаритных трехслойных конструкций из полимерных композиционных материалов

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изготовления изделий космического и наземного назначения, в частности сферо-коническо-цилиндрических панелей головных обтекателей ракет-носителей, переходных отсеков, агрегатных отсеков и платформ. На полноразмерную форму...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002355583
Дата охранного документа: 20.05.2009
+ добавить свой РИД