Конструкторско-технологическое проектирование терморазмеростабильных композитных корпусов космических телескопов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат наук Жидкова Ольга Геннадьевна

• Жидкова Ольга Геннадьевна
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Жидкова Ольга Геннадьевна

ВВЕДЕНИЕ

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ СОЗДАНИЯ ТЕРМОРАЗМЕРОСТАБИЛЬНЫХ КРУПНОГАБАРИТНЫХ КОСМИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ СЛОИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

1. 1 Состояние и перспективы создания высокоточных крупногабаритных конструкций космических телескопов

1.2 Современные композиционные материалы, применяемые в конструкциях космических телескопов

1.3 Технологические особенности создания крупногабаритных композитных несущих конструкций

1.4 Цель и задачи исследования

2 ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОРАЗМЕРОСТАБИЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

2.1 Учет масштабного фактора в космических конструкциях

2.2 Методика анализа термомеханических характеристик слоистого композита

2.3 Результаты теоретического исследования термомеханических характеристик композиционных материалов

2.4 Экспериментальные исследования характеристик композиционных материалов, применяемых в терморазмеростабильных

космических конструкциях

2.5 Выводы по главе

3 КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ КРУПНОГАБАРИТНОЙ КОМПОЗИТНОЙ КОНСТРУКЦИИ

3. 1 Постановка и декомпозиция проектной задачи

3.2 Выбор концепции корпусной конструкции телескопа

3.3 Цифровое параметрическое проектирование конструкции корпуса телескопа

3.4 Проработка соединительных элементов композитной конструкции

3.5 Выводы по главе

4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ТЕРМОРАЗМЕРОСТАБИЛЬНОЙ НЕСУЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ

4.1 Выбор технологии изготовления цилиндрической несущей конструкции корпуса телескопа

4.2 Влияние технологических факторов на характеристики размерной стабильности элементов композитной конструкции

4.3 Построение директивного технологического процесса изготовления композитной корпусной конструкции космического телескопа

4.4 Проектирование технологической оснастки для изготовления терморазмеростабильных композитных конструкций

4.5 Выводы по главе

5 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕРМОРАЗМЕРОСТАБИЛЬНЫХ КОМПОЗИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

5.1 Обеспечение достоверности

5.2 Оценка функциональной эффективности разработанных конструкций

5.3 Оценка технологической эффективности разработанной методики

5.4 Оценка конструктивно-технологического совершенства разработанной

и изготовленной конструкции

5.5 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Изменение матрицы жесткости плоского четырехузлового изопараметрического элемента при геометрически подобных

преобразованиях

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акты внедрения результатов диссертационного исследования

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Освоение и использование космического пространства является одним из фундаментальных направлений развития науки и техники. Среди проблем, решаемых при освоении космического пространства, - космическая и наземная связь, энергетика, радиоастрономия. При дистанционном зондировании поверхности Земли космическая техника позволяет производить оценку состояния водных объектов, скоростей течений, содержания солей в морской воде, влажности почв, снежного покрова, облачности и т.д.

Повышение качества дистанционного зондирования Земли и освоения космического пространства определяются новыми техническими решениями в создании оптико-электронных систем и комплексов. Как правило, эти комплексы выдвигают повышенные требования к корпусным частям космических аппаратов по массово-жесткостным характеристикам и размерной стабильности. Полимерные композиционные материалы имеют большие перспективы при применении в крупногабаритных несущих конструкциях космического назначения вследствие явных преимуществ (низкий коэффициент линейного термического расширения, высокая удельная жесткость и прочность) перед металлами.

При применении композиционных материалов в различных конструкциях материал и сама конструкция создаются синхронно, благодаря чему появляется возможность управления свойствами материала, ликвидируются вспомогательные технологические операции (например, крепление ребер жесткости конструкции), а также снижается трудоемкость изготовления изделий. Однако, как показывает опыт применения композитов в космических конструкциях, не всегда возможности материала реализуются максимально эффективно.

Создание несущих конструкций космического назначения из композиционных материалов может быть эффективным лишь при комплексном решении вопросов проектирования композиционного материала с учетом влияния факторов

технологического процесса, расчетов конструкций и их элементов с целью достижения наилучших показателей по размерной стабильности, массовым и прочностным характеристикам, а также разработки оптимальных параметров технологии изготовления с учетом конструктивных особенностей, заложенных при проектировании. Необходимость разработки методики проектирования размероста-бильных космических конструкций и, в частности, корпусных элементов космических телескопов, вызвана современными требованиями, предъявляемыми к конструкциям данного класса.

Степень разработанности темы

В последние десятилетия активно развивается отрасль создания крупногабаритных конструкций, входящих в состав космических аппаратов. Различные вопросы применения композиционных структур с целью обеспечения стабильных размеров космических конструкций отражены в работах А.А. Смердова, Г.А. Молодцова, П.А. Зиновьева, А.М. Думанского и других ученых. Задачам выбора рационального конструктивного исполнения и изготовления композитных изделий посвящены работы И.Ф. Образцова, В.В. Васильева, В.А. Бунакова,

B.И. Постнова, Н.А. Алфутова, И.К. Туркина, А.А. Дудченко, А.Н. Аношкина,

C.В. Резника, Г.В. Малышевой, В.И. Халиулина, В.В. Батракова, С.А. Лурье, Т. Nakagawa и других авторов. Весовому проектированию конструкций летательных аппаратов посвящены работы Ф.Р. Шенли, В.М. Шейнина, В.И. Козловского, В.А. Комарова, Д.М. Козлова, D.P. Raymer и других ученых. Несмотря на наличие широкого спектра исследований в этой области, существует потребность разработки комплекса конструкторско-технологических методов создания крупногабаритных композитных конструкций с высокой весовой эффективностью, удовлетворяющих современным требованиям по размерной стабильности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Конструкторско-технологическое проектирование терморазмеростабильных композитных корпусов космических телескопов»

Цель работы:

Сокращение сроков разработки крупногабаритных композитных корпусов космических телескопов, минимизация их массы с обеспечением функциональ-

ных характеристик путем разработки комплексной методики конструкторско-технологического проектирования.

Задачи исследования:

1. Сформулировать математически задачу конструкторско-технологического проектирования крупногабаритных терморазмеростабильных конструкций, выполнить ее анализ и предложить декомпозицию.

2. Оценить теоретически влияние масштабного фактора на прочностные и деформационные характеристики космических конструкций и обосновать целесообразность использования углепластиков в их конструкциях.

3. Провести теоретические и экспериментальные исследования характеристик композитов из отечественных компонентов для обоснованного использования при проектировании и изготовлении элементов терморазмеростабильных конструкций.

4. Рассмотреть возможность и пути использования системного анализа для решения трудноформализуемых задач поиска рациональных конструктивных структур корпусов телескопов и способов их изготовления, а также методов цифрового проектирования конструкций.

5. Оценить чувствительность термомеханических характеристик конструкций из слоистых композитов к основным видам возможных производственных отклонений на основе адекватного математического моделирования и натурных экспериментов.

6. Разработать комплексную методику конструкторско-технологического проектирования терморазмеростабильных крупногабаритных конструкций из композиционных материалов для космических аппаратов.

7. Рассмотреть практическую задачу конструкторско-технологического проектирования терморазмеростабильной несущей конструкции корпуса телескопа для космического аппарата.

Объект исследования

Крупногабаритные терморазмеростабильные несущие композитные конструкции космических телескопов.

Предмет исследования

Методики конструкторско-технологического проектирования терморазме-ростабильных композитных конструкций минимальной массы.

Научная новизна работы

1. Теория подобия силовых конструкций применена для исследования влияния масштабного фактора на напряженно-деформированное состояние конструкций при действии нагрузок от массовых сил и впервые получена в матричной форме квадратичная зависимость перемещений узлов конструкции, линейная зависимость напряжений в ее элементах от коэффициента геометрического подобия.

2. Предложена декомпозиция задачи конструкторско-технологического проектирования композитного корпуса телескопа в виде последовательности структурных и параметрических подзадач, позволяющих осуществить выбор силовой схемы композитной конструкции с учетом функциональных требований, получить рациональное распределение материала, выбрать принципиальную технологию и спроектировать технологический процесс.

3. Предложены методики выбора рациональной структуры и технологических приемов изготовления композитной конструкции, учитывающие широкий спектр предъявляемых разнородных требований, с использованием метода парных сравнений из системного анализа.

4. Предложено термокомпрессионное формование с применением эластичных формующих элементов в комбинации с методом вакуумно-автоклавного формования и впервые получена цельноформованная конструкция терморазмеро-

стабильного крупногабаритного композитного корпуса телескопа в виде цилиндрической оболочки с наружным каркасом.

Практическая значимость результатов работы

1. Предложенная методика конструкторско-технологического проектирования композитного корпуса телескопа позволяет создавать размеростабильные конструкции различного конструктивного исполнения (коробчатые, цилиндрические, конические и др.) с высоким весовым совершенством.

2. Разработанная комплексная методика проектирования, а также методы анализа и синтеза технологических процессов изготовления конструкций из композиционных материалов могут быть использованы для создания композитных конструкций интегрального типа различного функционального назначения.

3. Разработанная методика конструкторско-технологического проектирования крупногабаритных несущих композитных конструкций внедрена и успешно применяется при создании композитных конструкций космического назначения в АО «ОНПП «Технология» им. А.Г. Ромашина» (получен акт), АО «Композит» (получен акт), ООО «СКТБ «Пластик» (получен акт), а также внедрена в учебный процесс подготовки специалистов Самарского университета с целью обучения их методам проектирования конструкций из композиционных материалов (получен акт).

Теоретическая значимость работы

1. Методы весового анализа, примененные в работе к оценке деформационно-прочностных характеристик крупногабаритных конструкций, позволяют при проектировании учитывать масштабный фактор и могут быть использованы для обоснования применения полимерных композиционных материалов в крупногабаритных несущих элементах конструкций космических аппаратов.

2. Предложенная декомпозиция задачи конструкторско-технологического проектирования позволяет выбрать эффективные решения на каждом из последовательных этапов создания композитных конструкций.

3. Предложенный двухступенчатый подход к выбору структуры конструкции с применением методов системного анализа и проектированием на основе парадигмы «от модели к чертежу» позволяет создавать композитные конструкции корпусных частей оптических телескопов с рациональным распределением материала при одновременном учете всех эксплуатационных требований.

Методы исследования

Методы теории микро- и макромеханики слоистых пластин, математические модели механики деформируемого твердого тела, методы весового анализа конструкций, численный и натурный эксперименты, методы проведения и обработки результатов экспериментальных исследований, метод конечных элементов, методы системного анализа.

Положения, выносимые на защиту

1. Аналитические зависимости изменения напряжений и деформаций при геометрически подобных преобразованиях конструкций, нагруженных массовыми силами, полученные в матричном виде.

2. Комплексный подход к проектированию терморазмеростабильных корпусных композитных конструкций, учитывающий предъявляемые к ним требования.

3. Крупногабаритная конструкция композитного корпуса космического телескопа в виде цельноформованной цилиндрической оболочки с односторонним внешним подкреплением ребрами жесткости, изготовленная за один цикл формования.

Достоверность и обоснованность научных результатов

Достоверность результатов использования разработанной комплексной методики создания крупногабаритных терморазмеростабильных композитных конструкций обеспечена использованием апробированной теории слоистых композиционных материалов, использованием собственных экспериментальных данных,

применением специализированных конечных элементов и моделей для анализа работоспособности конструкции. Конструкции, созданные с применением разработанной методики конструкторско-технологического проектирования, удовлетворяют предъявляемым требованиям по размерной стабильности при достаточной прочности и малой массе, что подтверждено результатами испытаний и успешной эксплуатацией.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: IV Международная научно-практическая конференция «Системы управления жизненным циклом изделий авиационной техники: актуальные проблемы, исследования, опыт внедрения и перспективы развития» (г. Ульяновск, ЗАО «Авиастар-СП», 16^17.11.2014г.); V Международная научно-практическая конференция «Системы управления жизненным циклом изделий авиационной техники: актуальные проблемы, исследования, опыт внедрения и перспективы развития» (г. Ульяновск, АО «Авиастар-СП», 24^25.11.2016г.); XIV Международная конференция пользователей CADFEM/ANSYS (г. Санкт-Петербург, 31.10^02.11.2017г.); 16 Международная конференция «Авиация и космонавтика-2017» (г. Москва, МАИ, 20^24.11.2017г.); Международный форум «Ключевые тренды в композитах: наука и технологии» (г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 05-08.12.2018г.).

Публикации

Результаты диссертации опубликованы в 14 работах: восемь статей в научных изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]; три статьи в прочих изданиях [9, 10, 11], в том числе две работы опубликованы в материалах и трудах Международных и Всероссийских конференций [10, 11]; получено три патента, зарегистрированных в Государственном реестре изобретений Российской Федерации [12, 13, 14].

Объём и структура работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы из 160 наименований и двух приложений. Основное содержание работы изложено на 165 страницах машинописного текста, включает 54 рисунка, 27 таблиц.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ СОЗДАНИЯ ТЕРМОРАЗМЕРОСТАБИЛЬНЫХ КРУПНОГАБАРИТНЫХ КОСМИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ СЛОИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Состояние и перспективы создания высокоточных крупногабаритных

конструкций космических телескопов

Развитие отрасли космического машиностроения традиционно связано с решением задач повышения разрешающей способности оптических приборов, а также повышения точности ориентации космического аппарата (КА) на наземные объекты, что накладывает определенные требования на конструкцию КА. Современные космические аппараты с крупногабаритными оптико-электронными телескопическими комплексами сверхвысокого разрешения позволяют получить изображение высокого качества с линейным разрешением на местности менее 0,5 м с высоты более 500 км, что имеет огромное значение при проведении многоцелевого дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), тактических операций оборонного характера, исследованиях природных и техногенных явлений, наблюдениях и исследованиях астрофизических объектов [7, 8].

Научно-технический прогресс в области исследований и получения высококачественных изображений наземных и космических объектов достигнут благодаря уникальным инженерным решениям, приведшим к созданию крупногабаритных космических телескопов в России и за рубежом. Основные характеристики телескопов (собирающая способность, проницающая сила, разрешающая способность) зависят от площади собирающей поверхности (размера апертуры) телескопа [7]. В частности, собирающая способность зависит от площади объектива телескопа и прямо пропорциональна квадрату диаметра апертуры; разрешающая способность определяется дифракционным пределом и обратно пропорциональна диаметру апертуры [15, 16].

Проектирование космических аппаратов развивается в нескольких направлениях, в частности разрабатываются как малые космические аппараты (МКА) и

их группировки, так и космические оптико-электронные комплексы для размещения крупногабаритной аппаратуры [7, 8].

Малые КА позволяют оперативно решать отдельные задачи в области ДЗЗ и космических исследований, отрабатывать новые технологии, а также активно используются в образовательном сегменте [8]. Известны МКА, созданные как в государственных, так и в коммерческих и образовательных целях: «Гонец-М», «Ка-нопус», «Ломоносов», «АИСТ-2Д» (рисунок 1.1), спутники международного формата CubeSat и альтернативного российского форм-фактора «ТаблетСат» и т.д. [17, 18].

Рисунок 1.1 - Принципиальная схема МКА «АИСТ-2Д» с полезной нагрузкой (оптико-

электронная аппаратура «Аврора»)

Основным преимуществом малоразмерных космических аппаратов, созданных в России и за рубежом, является невысокая стоимость и малые сроки создания. Разрешающая способность на местности у малых космических аппаратов составляет величину порядка 1,5...2 м, что не является достаточным для решения ряда актуальных задач оборонного характера и исследований космических и наземных объектов [19]. Для решения специфических задач разрабатываются

крупноразмерные космические телескопы, при этом малые КА остаются востребованными в своем сегменте [7].

В настоящее время ведутся активные работы по созданию крупногабаритных космических телескопов в ряде стран (Россия, США, Канада, Япония) и Европейском космическом агентстве [20, 21] с размерами зеркал 3 м и более.

Исторически началом крупногабаритного космического телескопостроения считают 1976 год, когда был выведен на околоземную орбиту первый спутник видовой разведки КН-11 (США). В дальнейшем на базе этого спутника был создан космический телескоп Hubble Space Telescope (рисунок 1.2) с главным зеркалом диаметром 2,4 м, выведенный в космос в 1990 году [22].

Рисунок 1.2 - Космический телескоп Hubble Space Telescope 14 мая 2009 года на гелиоцентрическую орбиту Земли Европейским космическим агентством была выведена космическая обсерватория Hershel Space Observatory с главным зеркалом диаметром 3,5 м [23], а в конце 2013 года - космический телескоп Gaia (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) (рисунок 1.3), являющийся высокостабильной конструкцией с двумя оптическими телескопами и системой зеркал в форме тора размером 3 м [24].

Рисунок 1.3 - Телескопы Не^е1 (а) и Gaia (б), наиболее престижные проекты Европейского

космического агентства

Повышенный интерес ученых к исследованиям различных типов объектов Вселенной привел к необходимости создания космических обсерваторий со сверхвысокой чувствительностью и рекордно высоким угловым разрешением. Криогенный двухзеркальный космический телескоп обсерватории «Миллимет-рон», разрабатываемой в соответствии с государственной политикой Российской Федерации в области космической деятельности [25], будет иметь главное параболическое зеркало диаметром 12 м, состоящее из 24 раскрываемых лепестков рефлектора и центрального зеркала диаметром 3 м [21]. Запуск обсерватории «Миллиметрон» планируется после 2025 г.

Телескоп JWST (James Webb Space Telescope) разрабатывается специалистами 17 стран во главе с NASA, будет обладать составным (из 18 гексагональных сегментов) главным зеркалом размером 6,5 м [26, 27]. Вывод на орбиту инфракрасной космической обсерватории JWST, которая предположительно заменит Hubble, планируется в марте 2021 г.

Телескоп SPICA (Space InfraRed Telescope for Cosmology and Astrophysics) -инфракрасный телескоп научного назначения, астрономический проект следующего поколения Японского аэрокосмического агентства. SPICA имеет монолитное зеркало диаметром более 3 м, предполагаемый срок запуска телескопа - 20252027 г.г. [28].

Космический оптический телескоп ATLAST (Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope) для получения изображений космических объектов с более высоким разрешением возможно будет обладать сегментированным главным зеркалом диаметром 9,2 м [29] или 16 м [30] в зависимости от принципиальной концепции построения телескопа и космического аппарата. Запуск КА с телескопом ATLAST предполагается после 2030 г.

В последние десятилетия область создания крупногабаритных оптических телескопов активно развивается, при этом общими тенденциями развития являются требования повышения разрешения изображений и, как следствие, увеличение габаритов оптических элементов с необходимостью их стабилизации на различных этапах эксплуатации [7]. Для управления формой поверхности зеркал широко используются системы активной и адаптивной оптики [31], при этом эффективность функционирования крупногабаритного оптического телескопа напрямую зависит от концепции его построения и минимизации факторов, искажающих изображение [7]. Концепция построения телескопа, определяется, в свою очередь, выбором оптической схемы, дающей возможность получения изображения с минимальными искажениями, а также от конструктивных особенностей, ответственных за удовлетворение требованиям по прочностным, жесткостным, массовым, стабилизационным характеристикам конструкции в условиях эксплуатации [32].

Развитие отрасли создания крупногабаритных оптических телескопов определяется уровнем технологических возможностей в реализации научно-технических идей создания их элементов [32]. При этом неизбежные отклонения от расчетных значений тех или иных параметров при изготовлении конструкций оптических систем могут быть компенсированы юстировкой телескопа за счет введенных допусков собственных характеристик зеркал при сборке в условиях Земли. При выводе на орбиту и последующей работе телескопа неизбежны изменения условий окружающей среды, которые влияют на оптическую схему телескопа [7]. С целью восстановления и для поддержания характеристик качества изображения на телескопе используются различные системы контроля (линейной

и угловой автоматической юстировки, фокусировки и пр.), но нельзя не отметить важность размерной стабильности корпусных частей и элементов, непосредственно влияющих на значения точностных параметров целевой аппаратуры [33, 34].

Резюмируя приведенное в данном разделе, можно сделать вывод, что в настоящее время актуальной является задача проектирования крупногабаритных терморазмеростабильных космических конструкций [7], к которым относятся конструкции для размещения оптико-электронных приборов, в частности, корпусные элементы космических телескопов.

1.2 Современные композиционные материалы, применяемые в конструкциях космических телескопов

Одним из важнейших направлений обеспечения целевых параметров космических оптических телескопов (точность наведения, разрешающая способность, производительность) является выбор и анализ материалов, из которых изготавливаются элементы, участвующие в геометрических связях конструкции. К физико-механическим характеристикам материалов корпусных частей телескопов предъявляется ряд требований, которые должны сочетаться: низкий и стабильный коэффициент линейного термического расширения (КЛТР), высокие удельные значения прочности и жесткости, большие удельные теплопроводность и теплоемкость [5, 8]. При этом необходимо учитывать также такие дополнительные факторы, как технологичность переработки, стоимость, совместимость компонентов и др. В работе [18] проведен анализ конструкционных материалов, из которого следует, что материалы, предпочтительные по одним параметрам, не могут быть приняты по другим. В частности, титановые сплавы ВТ5, ВТ6, ВТ22 имеют хорошие показатели по критерию удельной прочности (хорошо противостоят длительным нагрузкам), но по критерию температурной стабильности (отношение КЛТР к теплопроводности материала) применение таких материалов в прецизионных конструкциях, чувствительным к изменениям температуры, нежелательно [35].

Наиболее благоприятное сочетание критериев удельной прочности, удельной жесткости и температурной стабильности имеют бериллиевые сплавы, сплавы системы алюминий-медь, композиционные материалы (алюминий-бор, алюминий-углерод, карбид кремния, углепластик) [36]. Размеростабильными являются ферромагнитные сплавы на железоникелевой основе (инвары), имеющие невысокий КЛТР, но применяемые ограниченно вследствие большой плотности.

При оценке возможностей применения тех или иных материалов, важно оценивать технологичность материала, стабильность характеристик, экономическую целесообразность применения и ряд других факторов.

Одним из направлений уменьшения деформативности космических кострукций, обусловленной температурными нагрузками, является применение материалов с малыми значениями КЛТР [37]. В качестве таких материалов в конструкциях космического назначения все в больших объемах применяются полимерные композиционные материалы (ПКМ) благодаря их существенным преимуществам и порой уникальному сочетанию конструкционных, термомеханических, теплофизических свойств, а также устойчивости к действию факторов космического пространства. Различные аспекты применения композиционных структур с целью обеспечения стабильных размеров космических конструкций отражены в работах Смердова А.А. [38, 39, 40], Молодцова Г.А. [41], Зиновьева П.А. [42, 43] и других ученых.

Необходимо отметить экономическую эффективность применения композиционных материалов, и, в частности углепластиков, как альтернативного металлам материала космических конструкций, что, как отмечено в работе [44], вызвано сравнительно малыми удельными затратами на производство композитных конструкций. Так, энергетические затраты на изготовление композитных изделий из эпоксидного углепластика в пересчете на 1 кг конструкций в несколько раз (от 3-х до 20 раз) ниже, чем на изготовление металлических изделий (таблица 1.1).

Возможность экономии трудозатрат при производстве сложных конструкций из ПКМ реализуема за счет уменьшения количества технологических разъ-

емов, уменьшения количества деталей, сокращения числа сборочных операций, при этом трудоемкость изготовления цельноформованных композитных изделий можно снизить в 1,5...2 раза по сравнению с конструкциями из металлов.

Таблица 1.1 - Затраты электроэнергии на производство изделий из различных материалов

Материал Удельные затраты электроэнергии, кВтч/кг

На 1 кг материала На 1 кг изделия

Эпоксидный углепластик 33,0 72,7

Сталь 35,2 220,4

Алюминий 48,5 392,4

Титан 189,5 1 543,2

С использованием композиционных материалов российскими специалистами спроектированы элементы космической обсерватории «Миллиметрон».

Рисунок 1.4 - Макет элементов конструкции рефлектора космического телескопа обсерватории

«Миллиметрон» [45]

Полимерные композиты представляют собой высокомолекулярные соединения, получаемые в результате процесса полимеризации [46]. В зависимости от характера соединения макромолекул, полимерные материалы делятся на термопластичные и термореактивные [47]. Термопласты обладают высокой прочностью, пластичностью и термостойкостью. Однако применение термопластичных композитов требует решения ряда сложных технологических задач (например, необходимость создания высоких температур и давлений) [48]. Термореактивные полимеры (полиэфирные, эпоксидные, фенолформальдегидные, мочевинофор-мальдегидные) нашли широкое применение в современной аэрокосмической промышленности благодаря хорошим технологическим свойствам (низкая вязкость, хорошая смачиваемость и адгезия к большинству волокон), а также таким достоинствам, как высокая жесткость, износоустойчивость, устойчивость к температурам и агрессивным средам, возможность создания требуемых характеристик путем варьирования компонентов. Необходимо отметить, что необходимым требованием для создания несущих композитных конструкций является монолитность материала, которая наилучшим образом реализуется при применении эпоксидных матриц.

Если матрица в полимерных композиционных материалах обеспечивает монолитность материала, передачу и распределение напряжений в наполнителе, определяет стойкость КМ к различным факторам, то армирующие наполнители воспринимают основную долю нагрузки композиционных материалов. По типу армирования различают дисперсно-упрочненные, армированные частицами и армированные волокнами композиты.

ПКМ на основе стекло-, угле-, органонаполнителей являются наиболее применяемыми в аэрокосмической промышленности и позволяют повысить термостабильность разрабатываемых конструкций [49, 50, 51]. С точки зрения прочностных характеристик, наибольшей прочностью обладают стеклопластики, бо-ропластики и углепластики, удельная прочность которых зачастую превышает аналогичный показатель сталей [52, 53]. При этом углепластики более устойчивы

к явлениям усталости материалов и, в отличие от металлов и сплавов, обладают лучшими диссипативными свойствами, слабой зависимостью диссипации от частоты колебаний, резервами демпфирования энергии упругих колебаний вследствие наличия эластичных прослоек связующего, а их логарифмический декремент затухания на порядок выше, чем у металлов [54, 55].

Особо жесткие требования к конструкционным материалам применяются для конструкций оптико-электронных систем КА, эксплуатирующихся в условиях космического пространства без возможности эксплуатационного обслуживания [56]. Стойкость углепластиков к радиационным воздействиям и другим факторам космического пространства определяет их широкое применение в конструкциях КА [57, 44].

Основным требованием, предъявляемым к размеростабильным конструкциям и определяющим их работоспособность, является сохранение заданных размеров при изменении различных параметров окружающей среды (влажность, радиация, другие факторы космического пространства), в первую очередь, температуры [58]. В узком смысле размеростабильными являются конструкции с низким (близким к нулю) значением КЛТР (в заданных направлениях и условиях), возможности получения которого как нельзя лучше реализуются современными полимерными углепластиками на основе полиакрилонитрильных (ПАН) и пековых углеродных волокон [52, 53, 59, 60]. Это специфичное свойство углепластиков, и в первую очередь эпоксидных, дает возможность их использования в качестве основного материала прецизионных термостабильных конструкций [61].

Высокие прочностные и жесткостные характеристики армирующих волокон можно максимально использовать в однонаправленных композитах. Однако, значительная анизотропия свойств однонаправленного углепластика (температурное расширение поперек волокна в сотни раз превосходит аналогичную характеристику вдоль волокна) может вызывать коробление конструкции в тех случаях, когда направления армирования волокон будут отличаться от оптимальных. В связи с этим перспективным представляется слоистый композит из отдельных слоев с

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Жидкова Ольга Геннадьевна, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Биткин, В.Е. Проектирование размеростабильной несущей конструкции корпуса оптико-электронного модуля из углепластика для космического аппарата / В.Е. Биткин, О.Г. Жидкова, А.В. Денисов, А.В. Бородавин, Д.В. Митюш-кина // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2016. - Т. 18, № 4(3). - С. 571-577.

2. Биткин, В.Е. Апробирование технологического комплекса изготовления силовых и высокоточных размеростабильных элементов конструкций интегрального типа из волокнистых композиционных материалов / В.Е. Биткин, А.В. Денисов, М.А. Денисова, О.Г. Жидкова, Е.В. Назаров, О. И. Рогальская, А.В. Мелентьев, И.А. Мизинова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2014. - Т. 16. № 1(5). - С. 1320-1327

3. Биткин, В.Е. Технологический комплекс для изготовления силовых и высокоточных размеростабильных элементов конструкций интегрального типа из волокнистых композиционных материалов / В.Е. Биткин, А.В. Денисов, О.Г. Жидкова, О.В. Биткина // Конструкции из композиционных материалов. -2014. - № 1. - С. 18-23.

4. Биткин, В.Е. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния размеростабильных композитных элементов конструкций оптических телескопов с помощью метода конечных элементов / В.Е. Биткин, О.Г. Жидкова, А.В. Денисов, А.В. Бородавин, Д.В. Митюшкина, А.В. Родионов, А.С. Нонин // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки. - 2016. - Т. 20. № 4. - С. 707729.

5. Биткин, В.Е. Выбор материалов для изготовления размеростабильных несущих конструкций / В.Е. Биткин, О.Г. Жидкова, В.А. Комаров // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. - 2018. - Т. 17, № 1. - С. 100-117.

6. Жидкова, О.Г. Особенности проектирования композитной формообразующей оснастки для изготовления высокоточных размеростабильных зеркальных композитных антенн интегральной конструкции / О.Г. Жидкова, П.П. Каштанов, А.Н. Туманин // Конструкции из композиционных материалов. Технология изготовления, обработки и соединения изделий. - 2019. - № 1. - С. 36-44.

7. Комаров, В.А. Учет масштабного фактора при проектировании крупногабаритных размеростабильных конструкций космических аппаратов / В.А. Комаров, О.Г. Жидкова // Общероссийский научно-технический журнал «Полет». -2019. - № 6. - С. 16-22.

8. Жидкова, О.Г. Применение метода парных сравнений при проектировании композитных корпусов космических телескопов / О.Г. Жидкова // Онтология проектирования. - 2019. - Т.9, №4(34). - С.536-548. - DOI: 10.18287/22239537-2019-9-4-536-548.

9. Биткина, Е.В. Особенности проектирования размеростабильной космической платформы из композиционных материалов, предназначенной для установки оптической аппаратуры / Е.В. Биткина, О.Г. Жидкова // ANSYS Advantage. Русская редакция. Инженерно-технический журнал. - 2008. - № 8. - С. 15-19.

10. Биткин, В.Е. Апробирование технологического комплекса изготовления силовых и высокоточных размеростабильных элементов конструкций интегрального типа из волокнистых композиционных материалов / В.Е. Биткин, А.В. Денисов, М.А. Денисова, О.Г. Жидкова, Е.В. Назаров, О. И. Рогальская, А.В. Ме-лентьев, И.А. Мизинова // IV Международная научно-практическая конференция «Системы управления жизненным циклом изделий авиационной техники: актуальные проблемы, исследования, опыт внедрения и перспективы развития». Ульяновск. Ульяновский государственный университет. - 2014. - С. 32.

11. Жидкова, О.Г. Экспериментальное исследование вязкости связующего на различных стадиях изготовления изделий из перспективного композиционного материала, армированного короткими волокнами / О.Г. Жидкова, Я.В. Захваткин,

Е.И. Куркин, В.О. Садыкова // 16-я Международная конференция «Авиация и космонавтика -2017». Москва, МАИ. - 2017. - С. 451-452.

12. Патент 2483927RU, МПК, В32В, F02K. Адаптер в виде подкрепленной оболочки вращения конической формы из полимерных композиционных материалов / В.Е. Биткин, О.В. Биткина, А.В. Денисов, А.М. Митюшкин, С.А. Еремин, А.А. Воронин, О.Г. Жидкова, О.Н. Сухих, Д.А. Солдатов, Н.М. Мелехина. Патентообладатель: Открытое акционерное общество «Пластик». Заявлено 27.05.2011; опубликовано 10.06.2013 // Бюл. № 16.

13. Патент 2486101RU, МПК, B64C, B64G, B64B. Подкрепленная оболочка вращения из полимерных композиционных материалов / О.В. Биткина, А.В. Денисов, А.М. Митюшкин, С.А. Еремин, А.В. Родионов, Н.М. Мелехина, Д.В. Ми-тюшкина, О.Г. Жидкова, С.А. Гордеев. Патентообладатель: Открытое акционерное общество «Пластик». Заявлено 24.08.2011; опубликовано 27.06.2013 // Бюл. № 18.

14. Патент 2674205RU, МПК, В32В, В29С. Конструкция размеростабиль-ной платформы из слоистого полимерного композиционного материала / В.Е. Биткин, А.В. Денисов, В.В. Агапов, В.Г. Чертов, О.Г. Жидкова, В.Е. Назаров, М.А. Денисова. Патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью «Специальное Конструкторско-технологическое бюро «Пластик». Заявлено 09.01.2018; опубликовано 05.12.2018 // Бюл. № 34.

15. Щеглов, П.В. Проблемы оптической астрономии / П.В. Щеглов. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980. - 272 с.

16. Мартынов, Д.Я. Курс практической астрофизики / Д.Я. Мартынов. -М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1977. - 544 с.

17. http://lib.tssonline.ru/articles2/sputnik/malye-sputniki-v-sovremennoy-kosmicheskoy-deyatelnosti (дата обращения 25.10.2018г.).

18. Ефанов, В.В. Проектирование автоматических космических аппаратов для фундаментальных научных исследований / Сост. В.В. Ефанов, И.Л. Шевалев;

Под. ред. В.В. Ефанова, К.М. Пичхадзе: В 2-х т. Т. 1 - М.: Издательство МАИ, 2012. - 526 с.

19. Потюпкин, А.Ю. Кластеры малоразмерных космических аппаратов как новый тип космических объектов / А.Ю. Потюпкин, Н.С. Данилин, А.С. Селиванов // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. - 2017. - Том 4, выпуск 4. - С. 45-56.

20. Кириченко, Д.В. Крупногабаритные оптические космические телескопы / Д.В. Кириченко, В.В. Клейменов, Е.В. Новикова // Известия вузов. Приборостроение. - 2017. - Т. 60, №7. - С. 589-602.

21. Саяпин, С.Н. Проблемы прецизионности криогенного космического телескопа обсерватории «Миллиметрон» / С.Н. Саяпин, Ю.Н. Артеменко, Н.В. Мышонкова // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Естественные науки». - 2014. - №2. - С. 50-76.

22. https://www.nkj.ru/archive/articles/18111/ (Наука и жизнь, Телескоп имени Э.Хаббла: 20 лет на орбите) (дата обращения 18.10.2018г.).

23. https://aboutspacejornal.net/ (Журнал «Все о космосе», Космический телескоп «Гершель») (дата обращения 18.10.2018г.).

24. Bougoin, M. From HERSCHEL to GAIA, 3-meter class SiC space optics / M. Bougoin, J. Lavenac // Proc. SPIE. - 2011. - Vol. 8126. - P. 81260V-1-9. D0I:10.1117/12.893704.

25. «Основные положения Основ государственной политики Российской Федерации в области космической деятельности на период до 2030 года и дальнейшую перспективу» (утв. Президентом РФ от 19.04.2013 N Пр-906)

26. http://www.americaspace.com/2014/02/05/james-webb-space-telescope-ffight-instruments-and-primary-mirror-segments-ready-for-assembly/ (дата обращения 18.10.2018г.).

27. Lightsey, P. A. James Webb Space Telescope: large deployable cryogenic telescope in space / P. A. Lightsey, C. Atkinson, M. Clampin, L. D. Feinberg // Optical Engineering. - 2012. - Vol. 51, N 1. - P. 011003-011003-20.

28. Nakagawa, T. The next-generation infrared astronomy mission SPICA under the new framework / T. Nakagawa, H. Shibai, T. Onaka, H. Matsuhara, H. Kaneda, Y. Kawakatsu, P. Roelfsema // Proc. SPIE. - 2014. - Vol. 9143. - P. 91431I-1-9.

29. Thronson, H. Path to a UV/optical/IR flagship: review of ATLAST and its predecessors / H. Thronson, M. R. Bolcar, J. Crooke, L. Feinberg, W. Oegerle, N. Ri-oux, H. Р. Stahl, K. Stapelfeldt // J. Astron. Telesc. Instrum. Syst. - 2016. - Vol. 2, N 4. - P. 041210. D0I:10.1117/1JATIS.2.4.041210.

30. Bolcar, M. R. Technology development for the Ad-vanced Technology Large Aperture Space Telescope (ATLAST) as a candidate large UV-Optical-Infrared (LU-VOIR) surveyor / M. R. Bolcar, K. Balasubramanian, M. Clampin, J. Crooke, L. Feinberg, M. Postman, M. Quijada, B. Rauscher, D. Redding, N. Rioux, S. Shaklan, Stahl H. P., Stable K., Thronson H. // Proc. SPIE. - 2015. - Vol. 9602. - P. 960209-114.

31. Butova, D. V. Optimization of the parameters of space-based mirrors / D. V. Butova., N. D. Tolstoba, A. G. Fleysher, M. K. Orekhova // Proceedings of the SPIE. - 2017. - Vol. 10100, Optical Components and Materials XIV, 101001M (16 February 2017); DOI: 10.1117/12.2251230

32. Сычев, В.В. Технологические аспекты создания крупногабаритных оптических телескопов / В.В. Сычев // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электронный журнал. - 2015. - № 02. - С. 269-285.

33. Сомов, С.Е. Юстировка и калибровка информационно-измерительной системы для определения ориентации спутника землеобзора и его наблюдательного оборудования / С.Е. Сомов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2018. - Т. 20, №1. - С. 87-95.

34. Моишеев, А.А. Проблемы обеспечения прецизионности крупногабаритных космических оптических конструкций / А.А. Моишеев // Размерная стабильность материалов и конструкций оптических и оптико-электронных приборов: Тезисы докладов. - Красногорск: ОАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева». - 2014. - С. 7-8.

35. Ильин, А.А. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник / А.А. Ильин, Б.А. Колачев, И.С. Полькин - М.: ВИЛС - МАТИ, 2009. - 520 с.

36. Алиева, С.Г. Промышленные алюминиевые сплавы: Справочное издание / С.Г. Алиева, М.Б. Альтман, С.М. Амбарцумян и др. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1984. - 528 с.

37. Стратилатов, Н.Р. Проектирование адаптивной к действию градиентов размеростабильной силовой конструкции корпуса космического телескопа / Н.Р. Стратилатов, А.Н. Шайда, О.С. Кулькова, В.Д. Байкин // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. - 2010. - №2. - С. 62-65.

38. Смердов, A.A. Основы оптимального проектирования композитных конструкций / А.А. Смердов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 88 с.

39. Смердов, A.A. Возможности управления термическим деформированием космической платформы из углепластика / A.A. Смердов, К.П. Баслык // Механика композиционных материалов и конструкций. - 2005. - № 1. - С. 41-48.

40. Смердов, A.A. Методика проектирования и экспериментальной отработки размеростабильных трубчатых стержней из углепластика / А.А. Смердов, Л.П. Таирова, А.Н. Тимофеев и др. // Конструкции из композиционных материалов: научно-технический журнал. - 2006.- № 3. - С. 12-23.

41. Молодцов, Г.А. Формостабильные и интеллектуальные конструкции из композиционных материалов / Г.А. Молодцов, В.Е. Биткин, В.Ф. Симонов, Ф.Ф. Урмансов. - М.: Машиностроение, 2000. - 352 с.

42. Зиновьев, П.А. Термостабильные структуры многослойных композитов / П.А. Зиновьев // Механика конструкций из композиционных материалов: Сборник научных статей / Под ред. В.Д. Протасова М.: Машиностроение. - 1992. - С. 193-207.

43. Зиновьев, П.А. Идентификация характеристик термоупругости многослойных композитов / П.А. Зиновьев, Л.П. Таирова // Слоистые композиционные материалы 98. Сб. трудов международной конференции-Волгоград. - 1998. -С. 103-105.

44. Молчанов, Б.И. Свойства углепластиков и области их применения / Б.И. Молчанов, М.М. Гудимов // Авиационная промышленность. - 1997. - №3-4. -С. 92-100.

45. https://www.iss-reshetnev.ru/media/news/news-240315 (дата обращения 30.01.2020г.).

46. Композиционные материалы: Справочник / Под ред. Д.М. Карпиноса. -Киев: Наукова думка. 1985. - 592с.

47. Углеродные волокна и углекомпозиты: Пер. с англ. / Под ред. Э. Фит-цера. - М.: Мир, 1988. - 336 с.

48. Берлин, Ал.Ал. Современные полимерные композиционные материалы (ПКМ) / Ал. Ал. Берлин // Соровский образовательный журнал. - 1995 - С. 57-65.

49. Васильев, В.В. Механика конструкций из композиционных материалов / В.В. Васильев. - М., Машиностроение, 1988. - 272с.

50. Кирулис, Б.А. Методика проектирования оптимальной структуры несущих стержней из углепластика с учетом термического расширения / Б.А. Кирулис // Механика композитных материалов. Рига: Риж. политехи, ин-т. - 1982. - С. 61-67.

51. Лотоцкая, В.А. Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов криогенного и аэрокосмического назначения / В.А. Лотоцкая,

Ю.А. Похил, А.И. Телегон, С.М. Дергун // Проблемы прочности. - 2005. - №5. -С. 93-103.

52. Справочник по композиционным материалам: В 2 кн. Кн. 1. // Пер. с англ. А.Б. Геллера и др.: Под ред. Дж. Любина. - М.: Машиностроение, 1988. -448с.

53. Справочник по композиционным материалам: В 2 кн. Кн. 2. // Пер. с англ. А.Б. Геллера и др.: Под ред. Дж. Любина. - М.: Машиностроение, 1988. -584с.

54. Демешкин, А.Г. Демпфирующие характеристики композитных конструкционных материалов, изготовленных намоткой / А.Г. Демешкин, М.Е. Козе-ко, В.М. Корнев, В.Д. Кургузов // Прикладная механика и техническая физика. -2001. - Т.2, №1. - С. 190-195.

55. Тестоедов, Н.А. Определение величины температурной деформации размеростабильных рефлекторов / Н.А. Тестоедов, Г.В. Двирный, М.Ю. Пермяков // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева. - 2011. - Вып. 2 (35). - С. 67-71.

56. Аккуратов, И.Л. Опыт разработки и изготовления корпусных элементов оптико-электронного модуля космического аппарата из композиционных материалов / И.Л. Аккуратов, А.И. Алямовский, Д.Я. Давыдов, Д.М. Запруднов, Н.И. Копыл, А.Н. Сеньковский, А.Г. Чернявский // Космическая техника и технологии. - 2014. - №1 (4). - С. 92-100.

57. Гайдачук, В. Е. Предпосылки создания формостабильных композитных конструкций для эксплуатации в космосе / В. Е. Гайдачук, М. Е. Харченко // Эффективность сотовых конструкций в изделиях авиационно-космической техники: сб. материалов V междунар. науч-практ. конф. - Днепропетровск 5 - 7 июня 2013 г. Укр. НИИ технологии машиностроения. - Днепропетровск. - 2013. - С. 64-70.

58. Смердов, А.А. Анализ чувствительности при проектировании композитных размеростабильных космических конструкций. Инженерный журнал:

наука и инновации. - 2013. - Вып. 7. URL: http : //engj ournal. ru/catalo g/machin/ rocket/857.html

59. Композиционные материалы. Справочник / В. В. Васильев, В. Д. Протасов, В. В. Болотин и др. Под общей редакцией В.В. Васильева, Ю. М. Тарно-польского. - М: Машиностроение, 1990. - 512 с.

60. Зеленский, Э.С. Армированные пластики - современные конструкционные материалы // Э.С. Зеленский, А.М. Куперман, Ю.А. Горбаткина и др. // Российский химический журнал. - 2001. - Т. XLV. №2. - С. 56-74.

61. Климакова, Л.А. Теплопроводность углепластиков на основе термостабильных армированных структур для прецизионных конструкций / Л.А. Климакова, А.О. Половый // Механика композиционных материалов и конструкций. -2009. - Т. 15, №3. - С. 319-326.

62. Михайлин, Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. 2-е изд. / Ю.А. Михайлин. - СПб.: Научные основы и технологии, 2010. - 822 с.

63. Мухаметов, Р.Р. Расплавные связующие для перспективных методов изготовления ПКМ нового поколения / Р.Р. Мухаметов, К.Р. Ахмадива, М.А. Ким, А.Н. Бабин / Авиационные материалы и технологии: Юбилейный науч.-технич. сб. (приложение к журналу «Авиационные материалы и технологии»). - М.: ВИ-АМ. - 2012. - С. 260-265.

64. Дементьева, Л.А. Свойства композиционных материалов на основе клеевых препрегов / Л.А. Дементьева, А.А. Сереженков, Л.И. Бочарова и др. // Клеи. Герметики. Технологии. - 2012. - №6. - С. 19-24.

65. Углеродные волокна: Пер. с япон. / Под ред. С. Симамуры. -М.: Мир, 1987. - 304 с.

66. Бунаков, В.А. Армированные пластики / В.А. Бунаков, Г.С. Головкин, Г.П. Машинская и др. Под ред. Г.С. Головкина, В.И. Семенова. - М.: Изд-во МАИ, 1997. - 404 с.

67. Душин, М.И. Особенности изготовления изделий из ПКМ методом пропитки под давлением / М.И. Душин, А.В. Хрульков, Р.Р. Мухаметов, Л.В. Чур-сова // Авиационные материалы и технологии. - 2012. - №1. - С. 18-26.

68. Коган, Д.И. Технология изготовления ПКМ способом пропитки пленочным связующим / Д.И. Коган, Л.В. Чурсова, А.П. Петрова // Клеи. Герметики. Технологии. - 2011. - №6. - С. 25-29.

69. Марычева, А.Н. Исследования влияния структур тканых материалов на кинетику процесса формирования изделий из стеклопластиков методом вакуумной инфузии / А.Н. Марычева, П.П. Маунг, Г.В. Малышева // Дизайн. Материалы. Технология. - 2015. - Т. 5. №40. - С. 64-66.

70. Коган, Д.И. Свойства конструкционных углепластиков, изготовленных пропиткой под вакуумом / Д.И. Коган, М.И.Душин, А.В. Борщёв и др. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2012. - Т. 14, №4(2). -С. 762-766.

71. Григорьев, М.М. Особенности изготовления ПКМ методом вакуумного формования препрега / М.М. Григорьев, Д.И. Коган, Ю.А. Гусев, Я.М. Гуревич // Авиационные материалы и конструкции. - 2014. - №3. - С. 69-71.

72. Душин, М.И. Исследование процесса безавтоклавного формования се-мипрегов на основе углеродных наполнителей (обзор) / М.И. Душин, К.И. Донецкий, П.Н. Тимошков, Р.Ю. Караваев // Труды ВИАМ. Полимерные материалы. -2018. - №9 (69). - С. 21-31.

73. Душин, М.И. Исследование технологических параметров автоклавного формования деталей из полимерных композиционных материалов / М.И. Душин, А.В. Хрульков, Р.Р. Мухаметов // Клеи. Герметики. Технологии. - 2013. - №8. -С. 12-15.

74. Биргер, И.А. Прочность. Устойчивость. Колебания. Том 2 / И.А. Бир-гер, Я.Г. Пановко. - М.: Машиностроение, 1968. - 463с.

75. Алфутов, H.A. Использование матричных операторов для расчета трехслойных цилиндрических оболочек неподкрепленных каркасом / H.A. Алфутов, Б.Г. Попов // Механика Твердого тела. - 1977. - С.65-71.

76. Ендогур, А.И. Сотовые конструкции: Выбор параметров и проектирование / А.И. Ендогур, М.В. Вайнберг, K.M. Иерусалимский. -М.: Машиностроение, 1986. - 198с.

77. Панин, В.Ф. Конструкции с сотовым заполнителем / В.Ф. Панин. - М.: Машиностроение, 1982. - 152с.

78. Панин, В.Ф. Конструкции с заполнителем / В.Ф. Панин, Ю.А. Гладков: Справочник. М.: Машиностроение, 1991. - 271с.

79. Гайнутдинов, В.Г. О расчете проектных значений плотности рациональной трехслойной конструкции со стержневым заполнителем / В.Г. Гайнутдинов, И.Н. Абдуллин, С.М. Мусави-Сафави // Известия высших учебных заведений. авиационная техника. - 2016. - №1. - С. 20-24.

80. Тестоедов, Н.А. Применение трехслойных сотовых конструкций в космических аппаратах / Н.А. Тестоедов, В.Н. Наговицин, М.Ю. Пермяков // Вестник СибГАУ. - 2016. - Том №17, №1. - С. 200-211.

81. Васильев, В. В. Анизогридные композитные сетчатые конструкции -разработка и приложение к космической технике / В.В. Васильев, В.А. Барынин, А.Ф. Разин, С.А. Петраковский, В.И. Халиманович // Композиты и наноструктуры. - 2009. - №3. - С.38-50.

82. Барынин, В.А. Композитные сетчатые конструкции: обзор / В.А. Барынин, В.А. Бунаков, В.В. Васильев, Б.Г. Майоров, А.Ф. Разин // Вопросы оборонной техники. - 2001. - Сер. 15. Вып. 1(123)-2(124). - С. 9-16.

83. Бунаков, В.А. Оптимальное проектирование сетчатых композитных цилиндрических оболочек / В.А. Бунаков // Механика конструкций из композиционных материалов. Сборник научных статей. Вып. 1. М.: Машиностроение. -1992. - С. 101-105.

84. Васильев, В.В. Проектирование сетчатых композитных цилиндрических оболочек, сжатых в осевом направлении / В.В. Васильев, В.А. Бунаков // Конструкции из композиционных материалов. - 2000. - №2. - С. 68-76.

85. Barynin, V.A. Aerospace Composite Lattice Structures / V.A. Barynin, V.A. Bunakov, A.F. Rasin, V.V. Vasiliev // Conf. on Composite Materials. Paris, France. -1999.

86. Vasiliev, V.V. Anisogrid Composite Lattice Structures - Development and Aerospace Applications / V.V. Vasiliev, V.A. Barynin, A.F. Rasin // Composite Structures. - 2012. - Vol. 94. - Pp. 1117-1127.

87. Комиссар, О.Н. Создание размеростабильных композитных конструкций для крупногабаритного прецизионного оборудования космической техники / О.Н. Комиссар // Инновационное развитие: достижения ученых Калужской обл. для нар. хоз-ва. Сборник избранныхт рудов. - Обнинск: ФЭИ. - 2000. - С. 164172.

88. Суханов, А.В. Особенности проектирования, изготовления и экспериментальной отработки стержневой размеростабильной конструкции из углепластика / А.В. Суханов, Л.А. Соболь, В.А. Лапоткин // Технологии. Конструкции из композиционных материалов. - 1989. - №2.7. - С. 32-36

89. Карпинос, Д.М. Сравнительная оценка эффективности некоторых типов концевых узлов крепления трубчатых стержней из полимерных композитных материалов / Д.М. Карпинос, В.Х. Кадыров, Ю.В. Крылов // Механика композитных материалов. - 1980. - №5. - С.941-943.

90. Смердов, A.A. Разрушение композитных труб по форме «китайского фонарика» при нагрузке весового типа / A.A. Смердов // Механика композитных материалов. - 1999. - №3. - С.319-324.

91. Бахвалов, Ю. О. Углепластиковые стержни-тяги в силовых элементах космических конструкций / Ю. О. Бахвалов // Тр. 4-й междунар. конф. «ТПКММ. Корпоративные нано-и CALS-технологии в наукоемких отраслях промышленности». - Москва, 26-29 апреля 2005г. - С. 713-716.

92. Самипур, С.А. Разработка технологии изготовления композитных трубчатых элементов авиакосмического назначения методом радиального плетения / С.А. Самипур, В.И. Халиулин, В.В. Батраков // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2018. - №3. - С. 90-95.

93. Семенцова, А.Н. Анализ температурных напряжений и деформаций в кессонных конструкциях из композиционных материалов / А.Н. Семенцова // Электронный журнал «Труды МАИ». - 2013. - Выпуск №65. http://trudymai. ru/published. php?ID=35951 (дата обращения 02.11.2018г.).

94. Богданова, А.А. Анализ проектирования размеростабильных интегральных конструкций из полимерных композиционных материалов / А.А. Богданова, Ю.С. Кравченко // Решетневские чтения. Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов. - 2015. - С. 75-76.

95. Резник, С.В. Сравнительный анализ конструктивно-технологического совершенства многоразовых космических аппаратов / C.B. Резник, Т.Г. Агеева // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. Спец. вып. «Актуальные проблемы развития ракетно-космической техники и систем вооружения». - 2010. - С. 19-34.

96. Резник, С.В. Оптимальное проектирование крыла суборбитального многоразового космического аппарата из гибридного полимерного композиционного материала / C.B. Резник, П.В. Просунцов, Т.Г. Агеева // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. - 2013. - № 1 (17). - С. 38-43.

97. Преображенский, И.Н. Прочность, жесткость и технологичность деформируемых несущих конструкций / И.Н. Преображенский, П.И. Преображенский // Научно-технический прогресс в машиностроении: сб. Сер. «Прочность, жесткость и технологичность изделий из композиционных материалов». - 1991. -№9. - С. 3-17.

98. Зиновьев, П.А. Предельные возможности композитных структур / П.А. Зиновьев, A.A. Смердов // Вестник ЫГТУ им. Н.Э. Баумана. Mашиностроение. -2005.- Специальный выпуск.- С. 106-128.

99. Крысин, В.Н. Технологические процессы формования, намотки и склеивания конструкций / В.Н. Крысин, M^.^bi^^ - M.: Mашиностроение, 1989. -240 с.

100. Anoshkin, A.N. Technologies and problems of composite materials mechanics for production of outlet guide vane for aircraft jet engine / A.N. Anoshkin, V.Y. Zuiko, G.S. Shipunov, A.A. Tretyakov // PNRPU Mechanics Bulletin [Electronic resource]. - 2014. - № 4. - P. 5-44.

101. Новиков, А.Д. Определение конструктивного облика рефлектора зеркальной космической антенны из композиционного материала / А.Д. Новиков, П.В. Просунцов, С.В. Резник // Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования. - 2017. - Том 18. №3. - С. 308-317.

102. Гавва, ЛМ. Параметрический анализ в операционной среде MATLAB напряженно-деформированного состояния конструктивно-анизотропных панелей из композиционных материалов с учетом технологии изготовления / ЛМ. Гавва // Электронный журнал «Труды MAM». 2017. Выпуск №93. http://trudymai.ru/published.php?ID=80504 (дата обращения 02.11.2018г.).

103. Комаров, В.А. Сравнительный анализ различных подходов к проектированию структур тонкостенных элементов из композиционных материалов / В.А. Комаров, А.В. Черняев // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. - 2009. - №1. - С. 171-179.

104. Алфутов, H.A. Расчёт многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов / H.A. Алфутов, П.А. Зиновьев, Б.Г. Попов. - М.: Машиностроение, 1984. - 446с.

105. Зиновьев, П.А. Оптимальное проектирование композитных материалов / П.А. Зиновьев, А.А. Смердов. - М.: Издательствово МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2006. - 103 с.

106. Дудченко, А.А. Анизотропные многослойные пластины и оболочки / А.А. Дудченко, С.А. Лурье, И.Ф. Образцов // Итоги науки и техники. Сер. Механика деформируемого твердого тела. М.: ВИНИТИ. - 1983. - Т.15. - С.3-68.

107. Образцов, И.Ф. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов / И.Ф. Образцов, В.В. Васильев, В.А. Бунаков. - М.: Машиностроение, 1977. -144с.

108. Малышева, Г.В. Современные технологии получения сквозных отверстий в углепластиках в процессе формования / Г.В. Малышева, И.А. Буянов, Т.А. Гузева, А.А. Федоров // Современные наукоемкие технологии. - 2018. - № 8. - С. 43-47.

109. Халиулин, В.И. Технологические схемы изготовления многослойных конструкций / В.И. Халиулин. - Казань: Изд-во Каз. гос. техн. ун-та, 1999. - 168 с.

110. Халиулин, В.И. Анализ применения инновационных методов для производства интегральных конструкций из композитов / В.И. Халиулин, В.В. Батраков // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. - 2016. - №3. -С. 129-133.

111. Гуняев, Г.М. Структура и свойства полимерных волокнистых материалов / Г.М. Гуняев. - М.: Химия, 1981. - 232с.

112. Вешкин, Е.А. Пути повышения качества деталей из ПКМ при вакуумном формовании / Е.А. Вешкин, В.И. Постнов, П.А. Абрамов // - Известия Самар-

ского научного центра Российской академии наук. - 2012. - Т. 14. № 4(3). - С. 834-839.

113. Raymer, D.P. Aircraft Design: A Conceptual Approach / D.P. Raymer. AI-AA Educational Series, Washington, DC. 1992. - 745 p.

114. Шейнин, В.М. Весовое проектирование и эффективность пассажирских самолетов / В.М. Шейнин, В.И. Козловский. - М.: Машиностроение, 1984. - 552 с.

115. Комаров, В.А. Весовой анализ авиационных конструкций: теоретические основы / В.А. Комаров // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. - 2000. - № 1. - С. 31-39.

116. Образцов, И.Ф. Метод конечных элементов в задачах строительной механики строительных аппаратов / И.Ф. Образцов, Л.М. Савельев, Х.С. Хазанов. -М.: Высшая школа, 1985. - 392 с.

117. Гардымов, Г.П. Композиционные материалы в ракетно-космическом аппаратостроении / Г.П. Гардымов, Е.В. Мешков, А.В. Пчелинцев, Г.П. Лашма-нов, Ю.А. Афанасьев / Под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. Г. П. Гардымова, проф. Е.В. Мешкова. - СПб.: СпецЛит, 1999. - 217 с.

118. Murugan, R. Investigation on Static and Dynamic Mechanical Properties of Epoxy Based Woven Fabric Glass/Carbon Hybrid Composite Laminates / R. Murugan, R. Ramesh, K. Padmanabhan // Procedia Engineering. - 2014. - V. 97. - P. 459-468.

119. Shrotriya, P. Viscoelastic response of woven composite substrates / P. Shrot-riya, N. R. Sottos // Composites Science and Technology. - 2005. - V. 65. - P. 621-634.

120. Lu, Z. Multi-scale finite element analysis of 2.5D woven fabric composites under on-axis and off-axis tension / Z. Lu, Y. Zhou, Z. Yang, Q. Liu // Computational Materials Science. - 2013. - V. 79. - P. 485-494.

121. Кучер, Н. К. Деформирование слоистых эпоксидных композитов, армированных высокопрочными волокнами / Н.К. Кучер, М.П. Земцов, М.Н. Зара-

зовский // Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины. -2006. - №1. - С. 127-134.

122. Hill R. The Mathematical theory of plasticity. - London: Oxford University Press, 1950. - 317 p.

123. Voigt W. Lehrbuch der Kristallphysik: mit Ausschluß der Kristalloptik / Woldemar Voigt. - Berlin: J.W. Edwards, 1928. - 978 s.

124. Reuss A. Berechnung der Fließgrenze von Mischkristallen auf Grund der Plastizitätsbedingung für Einkristalle // Andras Reuss. - Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik - 1929. - V. 9 (1). - S.49-58.

125. Reuss A. Berücksichtigung der elastischen Formänderung in der Plastizitätstheorie // Andras Reuss. - Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik. Mech. Band. - 1930. - V. 10 (3). - S.266-274.

126. Климакова, Л.А. Применение термокомпенсационных углепластико-вых профилей для обеспечения точностных характеристик космического телескопа / Л.А. Климакова, А.О. Половый, В.О. Маркин и др. // Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов: Тр. 4-й Международной конференции, 26-29 апреля 2005, Москва. - М.: Знание, 2006. - С. 748-754.

127. Климакова, Л.А. Возможности использования углепластиков в термостабильных структурах прецизионных конструкций / Л.А. Климакова, А.О. Половый // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение». -2008. - №2. - С. 22-28.

128. Михайловский, К.В. Разработка высокотеплопроводных полимерных композиционных материалов для космических конструкций / К.В. Михайловский, П.В. Просунцов, С.В. Резник // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение». - 2012. - №9. - С. 98-106.

129. Аристов, В.Ф. Цианат-эфирные связующие в аэрокосмической отрасли. Каталитические свойства органометаллических комплексов и солей диазония с комплексными анионами в отверждении цианат-эфирмных связующих / В.Ф. Аристов, В.И. Халиманович, В.В. Миронович, Т.А. Ислентьева, Д.А. Гуров // Вестник СибГАУ. - 2013. - №2 (48). - С. 159-165.

130. Николаев, Е.В. Комплексное исследование воздействия климатических и эксплуатационных факторов на новое поколение эпоксидного связующего и полимерных композиционных материалов на его основе. Часть 1. Исследование влияния сорбированной влаги на эпоксидную матрицу и углепластик на ее основе / Е.В. Николаев, С.Л. Барботько, Н.П. Андреева, М.Р. Павлов // Труды ВИАМ. -2015. - №12. - С. 86-99.

131. Тарнопольский, Ю.М. Методы статических испытаний армированных пластиков / Ю.М. Тарнопольский, Т.Я. Кинцис. - М.: Химия, 1975. - 263 с.

132. Полилов, А.Н. Критерии прочности полимерных волокнистых композитов, описывающие некоторые экспериментально наблюдаемые эффекты / А.Н. Полилов, Н.А. Татусь // Проблемы машиностроения и автоматизации. -2008. - № 3. - С. 103-110.

133. Комаров, В.А. Расчетно-экспериментальный анализ прочности изделий из тканевого эпоксидного углепластика / В.А. Комаров, Е.А. Кишов, Р.В. Чаркви-ани, А.А. Павлов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. Серия: Машиностроение и энергетика. - 2015. - Т. 14. № 2. - С. 106112.

134. Стрижало, В.А. Жесткость и прочность слоистых углепластиков при одноосном нагружении / В.А Стрижало., М.П. Земцов // Проблемы прочности. -2001. - № 6. - С. 61-71.

135. Гуняев, Г.М. Конструкционные эпоксидные углепластики / Г.М. Гуня-ев, Т.Г. Сорина, И.П. Хорошилова, А.Ф. Румянцев // Авиационная промышленность. - 1984. - №12.

136. ГОСТ 25.601. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Методы испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах.

137. ГОСТ 25.602. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания на сжатие при нормальной, повышенной и пониженной температурах.

138. ГОСТ Р 50578. Материалы композиционные полимерные. Метод испытания на сдвиг перекашиванием пластин.

139. Есипов, Б.А. Методы оптимизации и исследование операций / Б.А. Есипов. - Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2007. - 180 с.

140. Вольмир, А.С. Устойчивость деформируемых систем / А.С. Вольмир. -М: Наука, 1967. - 984 с.

141. Кан, С.Н. Устойчивость оболочек. / С.Н. Кан. - Харьков: Издательство Харьковского университета, 1970. - 156 с.

142. Савельев, М.В. Решение задач целочисленного программирования на основе генетических алгоритмов / М.В. Савельев, И.А. Енгибарян // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. Приложение. - 2005. - №9. - С. 18-22.

143. Абрамов, В.И. Организационно-технические аспекты применения МКЭ в проектировании самолетов / В.И. Абрамов, Е.А. Иванова, В.А. Комаров, В.П. Пересыпкин // Методы исследования и разработок конструкций самолетов. -М.: МАИ, 1982. - С. 21-24.

144. Вейссхаар, Т.А. Человеческий фактор в проектировании авиационных конструкций / Т.А. Вейссхаар, В.А. Комаров // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. - 1998. - № 1. - С. 17-23.

145. Komarov, V.A. New Approach to Improving the Aircraft Structural Design Process / V.A. Komarov // Journal of Aircraft. - 2002. - Volume 39, Number 2. - P. 227-233.

146. Комаров, В.А. Точное проектирование / В.А. Комаров // Онтология проектирования. Научный журнал. - 2012. - № 3. - С. 8-23.

147. Васильев, В.В. Основы проектирования и изготовления конструкций летательных аппаратов из композиционных материалов / В.В. Васильев, A.A. Добряков, A.A. Дудченко и др. - М.: МАИ, 1985. - 218с.

148. Гришин, В.И. Прочность и устойчивость элементов и соединений авиационных конструкций из композитов / В.И. Гришин, A.C. Дзюба, Ю.И. Дударь-ков. - М.: Физматлит, 2013. - 272с.

149. Маунг, П. П. Моделирование кинетики процесса пропитывания при производстве рефлекторов зеркальных космических антенн из углепластиков / Пье Пху Маунг, Г.В. Малышева // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. - 2016. - №5. - С. 38-47.

150. Малышева, Г.В. Влияние технологии нагрева на продолжительность процесса отверждения полимерных композиционных материалов / Г.В. Малышева, Т.А. Гузева, Д.В. Гращенков, А.Е. Раскутин // Труды ВИАМ. Полимерные материалы. - 2018. - №8 (68). - С. 23-27.

151. Виноградова, В.М. Конструирование и расчет эластичных элементов для термокомпрессионного формования / В.М. Виноградова, В.Н. Мымрин, Г.М. Шишков, А.А. Хан // Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции по механике полимерных и композиционных материалов (Рига, 18-20 ноября 1986г.). Рига: Институт механики полимеров АН ЛССР,1986. - С. 356-358.

152. Ильин, А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства: Справочник. А.А. Ильин, Б.А. Колачев, И.С. Полькин. - М.: ВИЛС-МАТИ, 2009. - 520 с.

153. Белов, С.П. Металловедение титана и его сплавов / С. П. Белов, М. Я. Брун, С. Г. Глазунов и др.; Отв. ред. С. Г. Глазунов, Б. А. Колачев. - М: Металлургия, 1992. - 351 с.

154. Фортинов, Л.Г. Критерии оценки совершенства дозвуковых летательных аппаратов / Л.Г. Фортинов // Авиационно-космическая техника и технология. - 2005. - №7 (23). - С. 208-218.

155. Кефели, А.И. О теоретических весах сооружений / А.И. Кефели // Труды ЛИИЖТ. - 1927. - Вып. 96. - С. 247-266.

156. Комаров, В.А. Безразмерный критерий силового совершенства конструкций / В.А. Комаров // Механика твердого тела. - 2018. - №4. - С. 34-47.

157. Резниченко, Г. А. Строительный коэффициент для весовых расчетов авиационных конструкций / Г.А. Резниченко // Авиационная промышленность. -1984. - №11.

158. Болдырев, А.В. Оптимизация геометрических параметров крыла транспортного самолёта с комплексным учётом весовой и аэродинамической эффективности / А.В. Болдырев, К.Г. Шилимов // Труды третьей международной конференции «Интеллектуальные технологии обработки информации и управления», 10-12 ноября, Уфа, Россия, 2015. - С. 60-64.

159. Козлов, Д.М. Моделирование конструкции планера самолета для весовых расчетов на ранних стадиях проектирования: научное издание / Д.М. Козлов, В.А. Комаров, В.Н. Майнсков, О.Н. Попов, Г.А. Резниченко // Техника воздушного флота. - 1999. - Т. 73, №4-5. - С. 3-37.

160. Петренко, С.А. Оценка перспективности вариантов силовой конструкции многоблочных ракет и качества принимаемых конструктивно-технологических решений / С.А. Петренко, Е.Д. Штанько // Общероссийский научно-технический журнал «Полет». - 2001. - №9. - С. 46-49.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Изменение матрицы жесткости плоского четырехузлового изопараметрического элемента при геометрически подобных

преобразованиях

Рассмотрим четырехугольный элемент произвольной формы с узлами в вершинах (рисунок А.1, а) и введем вспомогательный квадрат с системой безразмерных координат п (рисунок А.1, б).

а б

Рисунок А.1 - К построению матрицы жёсткости изопараметрического элемента

Матрица жёсткости рассматриваемого элемента ке для случая обобщенного плоского напряженного состояния состоит из 16 элементов и имеет вид [115]:

ке =

кец

Симм.

к

1т

ке

где - типовой блок матрицы (г, 5 = 1, }, I, т - номера узлов), определяется по формуле:

к-гя = I Дг^ УТе

В последнем выражении

в - матрица связи между деформациями и узловыми перемещениями; те - объем конечного элемента;

к - матрица упругих постоянных, для обобщенного плоского напряженного состояния имеет вид:

Е

к =

1-д2

1 0

м 1 0

1 - Д

0 0

2

Интегрирование ведется по объему конечного элемента те.

При переходе к безразмерным координатам п элементарный объем выражается следующим образом:

dт = hm>ц)|дЪдц, где h - толщина пластины; I П)1 - определитель матрицы Якоби.

При переходе к интегрированию по координатам п получим:

ие

1\.Г5

<с

Определим изменение матрицы преобразования координат при масштабировании, которая в плоском случае представляет собой матрицу:

п) =

дх ду

дх ду _дп дп-

где

дх 1 г

= 4 [-(1 - п)^ + (1 - п)Х] + (1 + п)хг - (1 + п)*т_|,

дх 1 г

— = 4 [-(1 - ^ -(1+ + (1 + + (1- £)хт],

ду 1

д^ = 4 [-(1 - П)У1 + (1- П)У/ + (1 + П)Уг - (1 + П)Уш],

дп = 1 [-(1 - -(1 + Оу! + (1 + $У1 + (1- §Ут].

Приведенные соотношения показывают, что все компоненты матрицы Яко-би ) при масштабировании координат узлов хг,уг, (г = ¿,у, т) в у раз изменятся также в у раз, то есть

г = уг

Из линейной алгебры известно, что для определителя произвольной матрицы А размерностью пхп справедливо свойство:

|сА| = сп|А|,

где с - некоторое число. В нашем случае п = 2, с =у, следовательно для определителя масштабированной матрицы Якоби имеет место выражение:

И1=у2Ш.

Определим зависимость матриц связи между деформациями и перемещениями рг (г = ¿,у, т) от коэффициента масштабирования координат узлов элемента у. Согласно [115], рг определяется как

Рг =

дУг

0

дУг

дх

0 ду дУг дУг

ду дх.

где ш , г = ¿, у, т - некоторые функции координат, в явном виде незави-

сящие от переменных х и у:

=

(г = ¿,у, ш)

Для вычисления производных —— и —— с учетом правила дифференцирования сложных функций воспользуемся формулами:

дуг _ дуг дх дуг ду дуг _ дуг дх дуг ду Зх д^ Зу ' дп Зх дп Зу дп'

которые в матричной форме имеют вид:

Гд¥г1 Гд¥г1

д^ дУг = К£ п) Зх дУг

. дп - [Зу -

Следовательно, для искомых производных имеем:

Гд¥г1 Гд¥г1

Зх = г* д^

дУг

1-Зу - . дп -

где величины

% = пг п); § = +^ 9

не зависят от физических координат узлов элемента.

Как было показано выше, компоненты матрицы Якоби при масштабировании координат узлов в у раз ]' = у|, тогда компоненты матрицы обратно пропорциональны коэффициенту масштаба у. Компоненты матрицы рг также обратно пропорциональны у, т. е.

Рг

6' = — Рг у ■

Для типового блока матрицы жёсткости масштабированного элемента с учетом зависимости определителя масштабированной матрицы Якоби Ц'| = у2|Ц получим:

Г1 Г1 Г1 Г1 &т В

1 1

= ук1г1 IП)1 д^д П = ук^ .

Следовательно, полная матрица жесткости плоского четырехузлового элемента при геометрически подобных преобразованиях также прямо пропорциональна масштабному коэффициенту у:

к'е = уке.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акты внедрения результатов диссертационного исследования

КотрогК

Акционерное общество

«КОМПОЗИТ»

Пионерская ул.. д. 4, ■. Королёв, Московская область, ц-л. (4<>?) ЯЗ-202М. 513 2329

России, 141070 Телеграф ВКИЕЗЛ канцелярия 513-2256. факс [phone]

Е-маП: ¡пГо(д' котцо^и-im.ru ОКПО >6X47X35, ОГРП10251Н)2043813. ИНН .'КПП 50Ш7М48/ 5018011101

М /• Л "А ««сх. № с' /Ж - Л---—-

--«т— -

РЖДАЮ ЛЬНЫЙ директор ОМПОЗИТ», Л,'Г.Н.

А.Г. Береснев » _2020 г.

АКТ

о внедрении результатов диссертационного исследования Жидковой Ольги Геннадьевны «Конструкторско-тсхнологнческое проектирование терморазмеростабнльиых композигных корпусов космических телескопов» в производственный процесс АО «Композит»

Работа посвяшена важной и актуальной залаче, имеющей конкретное практическое применение в области создания и разработки размеросгаби л ьных конструкций из полимерных композиционных материалов для объектов ракетно-космической техники. Жидковой О.Г. предлагается методика конструкторско-технологического проектирования, которая опирается на современные программные продукты инженерного анализа, технологии изготовления деталей из полимерных композиционных материалов и подтверждена результатами испытаний опытных образцов узлов и элементов конструкций космических аппаратов.

Методика конструкторско-технологического проектирования внедрена в производственный процеес АО «Композит» и обеспечивает рациональное проектирование размеростабильных деталей, узлов и элементов конструкций из полимерных композиционных материалов и высокую весовую эффективность.

Начальник отдела разработки и изготовления деталей

из полимерных композиционных материалов, к.т.н. '/¿и^ - Михайловский К.В.

скте

Л/МСТИ к

Общество с ограниченной ответственностью «Специальное Конструкторско-Гехнологическое Бюро «Пластик»

444025. Гаесчйскоя Редераци.. Сомарска« область, г. Сьпрань, Саратовское шоссе, 4

ИНН 6525044459, КПП 63250)001. ОГРИ 107*325002192

р/с 4070281ОМЯИМИОШЗ о ООО «Земским банк» г. Сыцмшь

кадечЛОНШ »22033401811. БИК 0436«! 811

Тел,,'фокс: [8444] №-41 -44 (оотосекретарь) факс (8+4)229-54-23

Е-таИ: ЙсИ^зИЬ-рЬ i1lfc.ru

УТВЕРЖДАЮ

Генеральный директор III ластик»

С.А. Савин 2019г

АКТ

о внедрении! результатов диссертационного исследования Жидковой О.Г. «Конструкторско-технологическое проектирование терморазмеростабильных композитных корпусов космических телескопов» в опытно-конструкторские работы, выполненные ООО «СКТБ «Пластик»

Научно-техническая комиссия в составе председателя комиссии - первого заместителя генерального директора-генерэльного конструктора по спец. изделиям Биткина Владимира Евгеньевича, членов комиссии - начальника отдела проектных разработок и опытно-конструкторских работ Ден исова Александра Владимировича, главного инженера Стекольникова Дмитрия Алексеевича, руководителя проектов Родионова Александра Вениаминовича, составили настоящий акт в том, что результаты диссертации Жидковой Ольги Геннадьевны, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, использованы в ООО «СКТБ «Пластик»:

- при создании крупногабаритных высокоточных размеростабильных несущих композитных конструкций оптико-электронного комплекса высокого разрешения «Прибор ОЭК»;

- при проектировании технологии и изготовлении раэмеростабильной несущей конструкции корпуса оптико-электронной аппаратуры «Аврора» из полимерных композиционных материалов;

- при проектировании адаптера конического из углепластика с элементами крепления навесного оборудования для обеспечения заданных интерфейсов между космическим аппаратом и разгонным блоком ракеты-носителя;

- при проектировании и изготовлении зеркальной системы СКАТ-ЗМ для скаттерометра океанографического космического аппарата «Метеор-М» №3;

- при создании несущих конструкций и размеростабильных платформ из углепластика для установки элементов оптической системы телескопа 30-дистанционного зондирования Земли.

Результаты диссертационного исследования позволяют выбирать эффективные решения на каждом из последовательных этапов проектирования композитных конструкций и создавать изделия с рациональным распределением материала при одновременном учете всех эксплуатационных факторов, удовлетворяющие предъявляемым требованиям по размерной стабильности, прочности, жесткости и массовым характеристикам.

По результатам совместных исследований получено три патента:

- патент 2483927RU, МПК. В32В, F02K. Адаптер в виде подкрепленной оболочки вращения конической формы из полимерных композиционных материалов ! В.Е. Биткин, О.В Биткина, А В. Денисов, A.M. Митющкин. С.А. Еремин, А,А, Воронин, О.Г. Жидкова, О.Н. Сухих, Д.А. Солдатов, Н.М. Мелехина, Патентообладатель' Открытое акционерное общество «Пластик». Заявлено 27.05.2011, опубликовано 10.06.2013 Н Бюл. Nfi 16:

- патент 2486101RU, МПК, 664С. B64G, В64В Подкрепленная оболочка вращения из полимерных композиционных материалов i О,В, Биткина, А.В Денисов, A.M. Митюшкин. С.А. Еремин, А.В Родионов, Н.М. Мелехина, Д.В. Митюшкина! О.Г.Жидкова, С,А, Гордеев Патентообладатель: Открытое акционерное общество «Пластик» Заявлено 24.06.2011; опубликовано 27.06.2013 tí Бюл. № 18;

- патент 2674205RÜ. МПК, В32В, В29С. Конструкция размеростабильной платформы из слоистого полимерного композиционного материала /В.Е. Биткин А.В. Денисов, В.В. Агапов, В.Г. Чертов, О.Г. Жидкова, В.Е. Назаров, МА Денисова Патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью «Специальное Кон структорско-технологическое бюро «Пластик». Заявлено 0& 01,2018 опубликовано 05.12.2016 // Бюл. № 34.

Разработанный кон структорско-тех но логический подход к проектированию позволяет повысить качество проектирования и эффективность создания несущих конструкций из полимерных композиционных материалов с учетом современных требований по размерной стабильности. Методы анализа и синтеза технологических процессов изготовления конструкций из композиционных материалов могут бы ib использованы при проектировании технологических комплексов для создания размеростабильных композитных конструкций интегрального типа с различными формами

Председатель комиссии:

Первый заместитель генерального директора Генеральный конструктор по спец. изделиям

Члены комиссии:

Начальник отдела проектных разработок и ОКР

Главный инженер

Руководитель проектов А.В. Родионов

; ; утверждаю

- . < . V • /«• . Ч1 * - -.■ /

■■■ « i»

чеоной раооте jckow уишгерситета

А.В. Гаврилов

АКТ

о внедрении (использовании) результатов диссертационного исследовании в учебный процесс

Результаты диссертационной работы Жидковой Ольги Геннадьевны на тему: «Конструкторско-технологнческое проектирование

терморазмеростабильных композитных корпусов космических телескопов», выполненной на кафедре конструкции и проектирования летательных аппаратов, внедрены в учебный процесс на основании решения кафедры (протокол jYl'5 от 27.12.2019г.).

Разработанная автором методика цифрового проектирования конструкций на основе новой проектной парадигмы «точное проектирование (concurrent design)» используется с целью овладения методами проектирования конструкций из композиционных материалов в преподаваемых на кафедре дисциплинах «Конструкция и проектирование аэрокосмической техники», «11роектирование конструкций из композиционных материалов», «Конечно-элементное моделирование и расчёт на прочность конструкций из КМ», а также в дипломном проектировании студентов, обучающихся по направлениям подготовки 24.05.07 «Самолёте- и вертолётостроение», (программа специалитета, профиль подготовки - Самолётостроение), 24.04.04 «Авиастроение» (программы магистратуры, профиль подготовки - «Проектирование, CALS-технологии в авиационной технике», «Проектирование и производство конструкций из композитов»).

Заведующий кафедрой конструкции и проектирования летательных аппаратов д.т.н., доцент ^

■ *_А. В. Болдырев

« ¿ > » -г<ч- ^

20 <7г.

Начальник

методического отдела УМУ Jllffâj ' Р.А. Вдовин

«J#/'Y>

20 гг.

Соискатель ученой степени кандидата технических наук

О.Г. Жидкова

20ЙК

] 1ачальник отдела сопровождения научных исследований

о/

J1.B. Родионов 20- т.