Кошелева С М, Андрєєв П П, Бондарєв А В, Гіммельман В Г ВАТ «Конструкторське бюро спеціального машинобудування» Лісовий пр, д 64, м Санкт-Петербург, 194100, Росія тел: +7 (812) 2929269, e-mail: byro@mailwplusnet

Анотація – У даній роботі розглянуто вплив кліматичних факторів на окремо взяті фасети дзеркальної системи (ЗС) антеною установки (АУ) 70-метрової антени СМ-214 АУ (Крим, Уссурійськ), тобто формування температурних полів від кліматичних факторів (сонячне випромінювання, конвекція, нічне вихолодання) та вплив температурних полів на спотворення форми відображають поверхонь

I                                       Введення

Дослідження космічного простору супроводжується розвитком антеною техніки, призначеної для дослідження космічних обєктів і звязки з пілотованими космічними кораблями Сучасні комплекси космічного звязку оснащені АУ різного базування, типів і розмірів з діаметрами дзеркал від 8 до 100 м, що працюють на хвилях дециметрового сантиметрового і міліметрового діапазонів

Подальший розвиток досліджень космічного простору вимагає створення нового покоління наземних АУ задовольняють підвищеним вимогам до точності наведення, динамічним характеристикам і точності відображають поверхонь

Значний вплив на точність дзеркальних систем антенних установок надають теплові впливи Переміщення елементів відображають

Рис 1 Модель зовнішньої фасети АУ РТ-70

Fig 1 Model of AU RT-70 external facet

Ефективність і якість роботи АУ залежить від умов експлуатації, в тому числі і кліматичних факторів, що роблять вплив на функціональні характеристики антен У процесі експлуатації АУ піддаються впливу безлічі випадкових факторів, тому для оцінки якості системи найбільш прийнятним є критерій, заснований на визначенні сумарної експлуатаційної среднеквадратической помилки (СКО), характеризує откпоненіе відбиває поверхні від теоретичного профілю

поверхонь за рахунок термодеформацій, що викликаються тепловими впливами на силовий каркас, ростуть пропорційно збільшенню габаритних розмірів конструкцій, тобто виявляються найбільш небезпечними саме для великих АУ

Деформації змінюють співвідношення розмірів елементів, спотворюють форму відображають поверхонь, призводять до відхилення осей антенних установок від заданого положення

II                       Моделювання фасет

Відбиває поверхня АУ утворена з 1188 фасет, все фасети діляться уздовж твірної на 14 рівнів (ярусів), фасети кожного рівня відрізняються габаритами, числом перфорованих ребер жорсткості і т д

Для розрахунку були побудовані звичайно-елемент-ні моделі, в сучасному програмному комплексі ANSYS 90, крайньою і центральної фасет АУ двох ступенів складності:

– докладні моделі

– спрощені моделі

Моделі двох ступенів складності були побудовані з метою проаналізувати за отриманими результатами ступінь можливого спрощення при моделюванні конструкції фасет для подальшої побудови повномасштабної звичайно-елементної моделі ЗС АУ і в цілому всієї металоконструкції 70 – метрової АУ

Програмний пакет ANSYS 90 має кінцеве допустиме значення вузлів, при якому розрахунок ще може бути проведений, при перевищенні якого не представляється можливим провести розрахунок моделі в силу програмних обмежень На практиці можливості ПК обмежують можливості пакета раніше, ніж досягнуто гранична кількість вузлів На підставі вищесказаного вивчені локальні температурні поля і деформації змодельованих докладно на окремих фасетах і загальні температурні поля і деформації на повній моделі ЗС АУ складається зі спрощених фасет

Відбиває поверхня дзеркальної системи являє собою параболоїд обертання, рівняння якого виглядає наступним чином:

де початок системи координат OXYZ знаходиться в центрі дзеркальної системи (у вершині параболоїда) вісь X спрямована від центральної фасети до зовнішньої, вісь Y збігається з фокальною віссю

Фасета являє собою висічену частина з параболоїда обертання (рис 1), з силовим набором з ребер товщиною 2 мм Фасети кріпляться до ферменную каркаса за допомогою актуаторов, в чотирьох крайніх вузлах, дозволяють орієнтувати фасети по азимуту і куту місця Виходячи з цього при перегріві, переміщення вузлів центральній частині фасети буде значно більше, ніж переміщення крайніх вузлів

III Вплив кліматичних факторів

Формування температурного поля АУ відбувається при впливі комплексу кліматичних факторів і залежить від геометрії розмірів і теплофізичних характеристик розглянутої системи (пряма і розсіяна сонячна радіація, конвективний теплообмін з навколишнім повітрям і т д)

Коефіцієнти теплопровідності, конвективного і променистої тепловіддачі і характерні розміри ребер такі, що по висоті ребра створюється перепад температури приблизно рівний перепаду між обшивкою і повітрям, що може призвести до деформації ребра і зміщення вузлів фасети на кілька міліметрів [1]

При вивченні деформації фасети від сонячного випромінювання був розглянутий варіант максимального перегріву, фокальна вісь спрямована на Сонце, вся відображає поверхню фасети цілком піддається сонячному впливу При цьому відбувається відтік тепла до ребер жорсткості

Розподіл температурних полів зовнішньої фасети при фокальній осі спрямованої на сонці наведено на рис 2

Рис 2 Розподіл температури на поверхні зовнішньої фасети

Fig 2 Distribution of temperature over the surface ofthe extemal facet

При цьому CKO становить 0,224 мм, a максимальне переміщення вузлів фасети 0,358 мм

IV                                   Висновок

Деформації від кліматичних факторів вносять істотний внесок в сумарні деформації АУ Тому рішення подібних завдань допоможе передбачити і уникнути ряд проблем при конструюванні АУ, особливо великогабаритних

V                            Список літератури

[1] Байрамов Р Б, Баум І В, Воробйов А М, Гурбанов-зов М А, Князєв І Н, Мачу Ю І, Фокін В Г Кліматичні впливу на антенні системи: Ашхабат 1988

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 wplusnet

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 90 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

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р