Міцність композиційних терморозміростабільних силових конструкцій космічних апаратів при динамічному навантаженні

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorМаслєй, Володимир Микитович
dc.date.accessioned2018-11-19T16:38:34Z
dc.date.available2018-11-19T16:38:34Z
dc.date.issued2018
dc.descriptionРобота виконана в Державному підприємстві «Конструкторське бюро «Південне» імені М. К. Янгеля» Державного космічного агентства Україниuk
dc.description.abstractenThe dissertation work deals with scientific justification and development of the methods to create thermo-dimensionally stable (TDS) load-bearing structures of spacecraft (SC) and high-resolution optical scanners (HROS) for Earth remote sensing spacecraft, with specified technical characteristics in respect of ensuring their sufficient dimensional stability (DS, stiffness) and strength under dynamic loads in orbital injection phase, at minimal weight. The topicality of this investigation arise from adoption of the National Space Programs of Ukraine whose priority task was determined to be creation of Earth remote sensing space systems, particularly, in optical range. The prime executor of these programs was assigned to be Yuzhnoye SDO. In the process of programs fulfilling, it was found that achievement of the purpose in view is impossible without transition to thermodimensionally stable structures both of spacecraft itself and of high-resolution scanners. It was determined that as the priority objective is to obtain TDS load-bearing structures of SC and HROS, it is required to realize the following cause-effect sequence: at first – ensuring TDS, then DS and only after that – strength and endurance. All these characteristics are interrelated and therefore they should be considered in package. The basis of load-bearing TDS SC structures is the panel, shell or frame structure, with equipment attachment points, holes, etc. Each SC after manufacturing must pass the test cycle. As the space launches are not made in the territory of Ukraine, SC transportation to great distances is inevitable. During launch vehicle (LV) launch in the first seconds both LV and SC with payload experience high acceleration, considerable vibration and acoustic loads. And a consequence of SC motion in Erath orbit with its entering into Earth shadow and leaving it to under the effects of solar radiation are thermal cycles that cause temperature deformations. Therefore a number of requirements are imposed on the SC and HROS load-bearing structures. The problem of obtaining TDS load-bearing structures was solved through the use of shells and plates made of PCM (layered composite materials with carbon band filler and polymer base) and honeycomb panels (combination of PCM plates with honeycomb intermediate layer made of aluminium foil). The required, even negative, value of linear thermal expansion coefficient (LTEC) in main direction was obtained through combining the layers with different angles of carbon fiber winding due to the great divergence in LTEC values of each separate PCM layer in different directions and due to Poisson effect. This theoretical basis is built in the developed analytical designing method, which was used in practice during creation of TDS load-bearing structures of Sich-2M class SC. From the PCM designed by such method, the test samples of structural elements are created. In particular, to design the composite TDS case of optical HRS (of shell type); in this process, the created engineering procedure is used for calculation of future indices of that case. Besides, such plates made of PCM are used in honeycomb composite panels whose middle layer is made of thin aluminum foil. The full-scale thermostatic tests of obtained load-bearing structures test samples showed that their characteristics meet the technical specification requirements in respect of TDS, DS (stiffness) and weight. The stiffness and strength characteristics of manufactured SC load-bearing structures made on the basis of PCM and honeycomb composite panels were analyzed by numerical calculations of simulating computer models with the use of finite element method (FEM). The scientific basis was developed for creation of adequate finite-element models of TDS load-bearing structures made of layered PCM and honeycomb panels. For this purpose, possible options of using different finite elements (FE) were analyzed: twodimensional, three-dimensional, layered, etc.; several versions of characteristic models were created, their calculated verification was performed, conclusions were made. In particular, it was determined that the honeycomb panels of Sich-2M spacecraft payload unit shall be calculated using their layer-by-layer modeling, as it was shown that the use of models of thin-wall plates and shells based on “equivalent” elastic characteristics lead to increased errors in determining natural frequencies of structure oscillations. As SC return to the Earth is not planned, development and application of the methods and algorithms of SC load-bearing elements strength analyses under different loading options are of current interest. Based on the calculations in ANSYS APDL and according to the developed procedure, the characteristics of deflected mode were determined and the strength of Sich-2M SC payload unit (PLU) case panel was evaluated under loads arising during spacecraft launch into orbit (acceleration, harmonic and random vibrations). The evaluation of PLU case panel durability was made (by Euler method). The theoretical developments confirmed by calculation results and full-scale tests allowed formulating the documents (methodological recommendations, procedures) which are general guidelines for making well-founded design decisions and conducting checking calculations of SC load-bearing structures based on PCM and honeycomb panels. These procedures are universal for analogous space hardware. The results of investigations were put into practice and are used at Yuzhnoye State Design Office (Dnipro city).uk
dc.description.abstractruДиссертационная работа посвящена научному обоснованию и разработке методов создания терморазмеростабильных (ТРС) силовых конструкции космических аппаратов (КА) и оптических сканеров высокой разрешающей способности (СВРС) для КА дистанционного зондирования Земли, с заданными техническими характеристиками, в части обеспечения их достаточной размерной стабильности (РС, жесткости) и прочности при минимальном весе, в условиях динамического нагружения. Проблему получения ТРС силовых конструкции КА и оптических СВРС решили применением оболочек и пластин из композиционных материалов со специально подобранной структурой. Созданные конструкции проверены расчетами и натурными испытаниями. С применением МКЭ определены характеристики напряженно-деформированного состояния и проведена оценка прочности панели корпуса блока полезной нагрузки КА "Січ-2М" при нагрузках, возникающих при запуске на орбиту КА (ускорение, гармоническая и случайная вибрация). Проведено внедрения в ГП "КБ "Южное" им. М.К. Янгеля", созданы руководящие документы.uk
dc.description.abstractukДисертаційна робота присвячена науковому обґрунтуванню та розробці методів створення терморозміростабільних (ТРС) силових конструкції космічних апаратів (КА) і оптичних сканерів високої роздільної здатності (СВРЗ) для КА дистанційного зондування Землі, із заданими технічними характеристиками, в частині забезпечення їх достатньої розмірної стабільності (РС, жорсткості) та міцності при мінімальній вазі, в умовах динамічного навантаження. Проблему отримання ТРС силових конструкції КА і оптичних СВРЗ вирішили застосуванням оболонок та пластин із композиційних матеріалів зі спеціально підібраною структурою. Створені конструкції перевірені розрахунками та натурними випробуваннями. Із застосуванням МСЕ визначені характеристики напружено-деформованого стану та проведена оцінка міцності панелі корпуса блока корисного навантаження КА "Січ-2М" при навантаженнях, виникаючих при запуску на орбіту КА (прискорення, гармонійна та випадкова вібрація). Проведено впровадження в ДП "КБ "Південне" ім. М.К. Янгеля", створені керівні документиuk
dc.format.page26 с.uk
dc.identifier.citationМаслєй, В. М. Міцність композиційних терморозміростабільних силових конструкцій космічних апаратів при динамічному навантаженні : автореф. дис. … канд. техн. наук. : 05.02.09 – динаміка та міцність машин / Маслєй Володимир Микитович. – Київ, 2018. – 26 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/25118
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectполімерні композиційні матеріалиuk
dc.subjectбагатошарові вуглепластикові пластиниuk
dc.subjectстільникові панеліuk
dc.subjectоптичний сканер Земліuk
dc.subjectгармонійні вібраціїuk
dc.subjectвипадкові вібраціїuk
dc.subjectскінченно-елементне моделюванняuk
dc.subjectпружні характеристикиuk
dc.subjectнапружено-деформований станuk
dc.subjectміцністьuk
dc.subjectpolymer composite materialsuk
dc.subjectmulti-layer carbon plastic platesuk
dc.subjecthoneycomb panelsuk
dc.subjectoptical Earth scanneruk
dc.subjectharmonic vibrationsuk
dc.subjectrandom vibrationsuk
dc.subjectfinite-element modelinguk
dc.subjectelastic characteristicsuk
dc.subjectdeflected modeuk
dc.subjectstrengthuk
dc.subjectполимерные композиционные материалыuk
dc.subjectмногослойные углепластиковые пластиныuk
dc.subjectсотовые панелиuk
dc.subjectоптический сканер Землиuk
dc.subjectгармонические вибрацииuk
dc.subjectслучайные вибрацииuk
dc.subjectконечно-элементное моделированиеuk
dc.subjectупругие характеристикиuk
dc.subjectнапряженно-деформированное состояниеuk
dc.subjectпрочностьuk
dc.subject.udc539.3+534.13+629.783](043.3)uk
dc.titleМіцність композиційних терморозміростабільних силових конструкцій космічних апаратів при динамічному навантаженніuk
dc.typeThesisuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Maslei_aref.pdf
Розмір:
1.55 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
7.74 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Автореферати (вільний доступ)