RU196827U1

RU196827U1 - POWER STRUCTURE OF SPACE VEHICLE HOUSING

Info

Publication number: RU196827U1
Application number: RU2019138289U
Authority: RU
Inventors: Юлия Сергеевна Кравченко; Олена Александровна Исеева; Евгений Дмитриевич Мироненко; Станислав Владимирович Авкельгин; Андрей Викторович Жуков; Владимир Иванович Халиманович; Вадим Петрович Вашкевич
Original assignee: Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2020-03-17

Abstract

Полезная модель относится к сетчатым конструкциям из композиционных материалов и может быть использована в изделиях авиационной и ракетно-космической техники.Силовая конструкция корпуса (СКК) космического аппарата (КА) предназначена для крепления модулей КА с бортовой и целевой аппаратурами, крыльев солнечной батареи, баков хранения рабочего тела, а также элементов системы отделения и стыковки с попутным КА.Задачами, на решение которых направлено заявляемое техническое решение, являются совершенствование конструкции СКК КА, повышение надежности, технологичности и степени унификации.Поставленные задачи решаются за счет того, что СКК КА содержит оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой цилиндрической формы, имеющую сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных, кольцевых, продольных, дополнительных кольцевых и продольных ребер, при этом на торцах сетчатой оболочки закреплены усиливающие элементы – шпангоуты, которые образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения, один из которых имеет профилирующие пазы под ребра сетчатой структуры и локальные зоны усиления, а на другом установлены хомуты различных типов.Техническими результатами при использовании СКК КА с приведенной совокупностью признаков являются достижение баланса оптимальных значений основных параметров СКК КА в соответствии с современными требованиями к техническим и эксплуатационным характеристикам; реализация возможности одновременного выведения на орбиту нескольких КА.The utility model relates to mesh structures made of composite materials and can be used in aviation and rocket and space technology products. The power structure of the hull (SCC) of the spacecraft (SC) is intended for mounting spacecraft modules with on-board and target equipment, solar battery wings, storage tanks the working fluid, as well as elements of the separation and docking system with the associated spacecraft. The tasks to be solved by the claimed technical solution are aimed at improving the design of the spacecraft spacecraft, increasing reliability, manufacturability and degree of unification. The tasks are solved due to the fact that the spacecraft CCM contains a rotation shell made of a hollow cylindrical composite material having a mesh structure formed by intersecting spiral, annular, longitudinal, additional annular and longitudinal ribs, at the same time, reinforcing elements are fixed on the ends of the mesh shell - frames, which are formed by rectangular profiles closed around the circumference, one of which There are profiling grooves under the ribs of the mesh structure and local reinforcement zones, and clamps of various types are installed on the other. Technical results when using an SCM spacecraft with a given set of features are achieving a balance of optimal values of the main parameters of the spacecraft's spacecraft in accordance with modern requirements for technical and operational characteristics; the realization of the possibility of simultaneously launching several spacecraft into orbit.

Description

Полезная модель относится к сетчатым конструкциям из композиционных материалов и может быть использована в изделиях авиационной и ракетно-космической техники.The utility model relates to mesh structures made of composite materials and can be used in aircraft and rocket and space technology.

Силовая конструкция корпуса (СКК) космического аппарата (КА) предназначена для крепления модулей КА с бортовой и целевой аппаратурой, крыльев солнечной батареи, баков хранения рабочего тела, а также, элементов системы отделения и стыковки с попутным КА при парном запуске.The power structure of the hull (SCC) of the spacecraft (SC) is intended for mounting spacecraft modules with on-board and target equipment, wings of the solar battery, storage tanks for the working fluid, as well as elements of the separation and docking system with the associated spacecraft during a pair launch.

СКК КА должна иметь заданную несущую способность, обеспечивающую ее целостность при внешних воздействиях, т.е. обладать высокой жесткостью и прочностью. Другими требованиями, предъявляемыми к СКК КА, являются требования по обеспечению оптимальных значений основных параметров:CCM of the spacecraft must have a given bearing capacity, ensuring its integrity under external influences, i.e. possess high rigidity and strength. Other requirements for the SCC of the spacecraft are requirements to ensure optimal values of the main parameters:

– высокой степени надежности;- high degree of reliability;

– высокой степени унификации;- a high degree of unification;

– высокой степени технологичности;- a high degree of manufacturability;

– размеростабильности;- dimensional stability;

– низкой себестоимости.- low cost.

При производстве КА значительную роль играет срок изготовления его составных частей. Применение технической унификации при изготовлении СКК КА позволяет сократить время на адаптацию под конкретный КА, способствует реализации возможности более широкого применения СКК при создании КА различного целевого назначения.In the production of spacecraft, a significant role is played by the production time of its components. The use of technical unification in the manufacture of SCM spacecraft can reduce the time for adaptation to a specific spacecraft, contributes to the realization of the possibility of wider use of the spacecraft when creating spacecraft for various purposes.

На данный момент, как в отечественном, так и зарубежном производстве КА негерметичного типа, применяется модульный принцип построения, при котором КА состоит из нескольких конструктивно и функционально обособленных модулей, например модуля служебных систем и модуля полезной нагрузки, которые крепятся к одному каркасу. Основные варианты исполнения СКК КА могут быть представлены в виде:At the moment, both in domestic and foreign production of spacecraft of a leak-tight type, the modular construction principle is applied, in which the spacecraft consists of several structurally and functionally separate modules, for example, a service system module and a payload module, which are attached to one frame. The main options for the performance of the CCM spacecraft can be represented as:

– конструкции из сотовых сэндвич-панелей (обшивок с сотовым заполнителем между ними);- structures made of honeycomb sandwich panels (casing with honeycomb core between them);

– монолитной конструкции, без применения сотового заполнителя;- monolithic construction, without the use of honeycomb;

– оболочки вращения имеющей сетчатую структуру.- shell rotation having a mesh structure.

Известно, что из представленных выше вариантов исполнения оптимальными параметрами с учетом требований, указанных выше обладают оболочки вращения, имеющие сетчатую структуру, несущими элементами которой являются ребра, обеспечивающие одновременно мембранную и изгибную жесткость конструкции. Геометрическая форма СКК КА в виде цилиндра, способствует равномерному распределению нагрузки на конструкцию в целом, а также позволяет осуществить попутное выведение нескольких КА одновременно, при этом выполняя соответствие условию размещения КА соосно с осью симметрии ракеты-носителя.It is known that of the above options, the optimal parameters, taking into account the requirements indicated above, have shells of revolution having a mesh structure, the supporting elements of which are ribs, which simultaneously provide membrane and flexural rigidity. The geometric shape of the spacecraft CCM in the form of a cylinder, contributes to the uniform distribution of the load on the structure as a whole, and also allows for the simultaneous removal of several spacecraft simultaneously, while fulfilling the condition for placing the spacecraft coaxially with the axis of symmetry of the launch vehicle.

Также известно, что применение полимерных композиционных материалов в качестве материала изготовления СКК КА позволяет снизить массу конструкций в среднем на 15–30 % по сравнению с металлическими конструкциями, помимо этого современные композиционные материалы (например, углепластики) превосходят алюминиевые сплавы по удельной жесткости в 2–3 раза, а по удельной прочности в 5–6 раз. Низкий коэффициент температурного расширения полимерных композиционных материалов, обеспечивает размеростабильность конструкции, при воздействии широкого спектра температур в условиях космической среды. СКК КА является интегральной – соединение ребер между собой, а также с другими элементами конструкции реализуется в процессе полимеризации связующего композиционного материала. В настоящее время ребра СКК КА, изготовленные в промышленных условиях из высокомодульных углепластиков имеют модуль упругости 185 ГПа, т.е. приближенный к модулю стали при плотности в 5,2 раза меньшей.It is also known that the use of polymer composite materials as a material for the production of spacecraft SCC allows reducing the weight of structures by an average of 15–30% compared to metal structures; in addition, modern composite materials (for example, carbon fiber reinforced plastics) surpass aluminum alloys in specific stiffness by 2– 3 times, and in specific strength 5–6 times. The low coefficient of thermal expansion of polymer composite materials provides dimensional stability of the structure when exposed to a wide range of temperatures in a space environment. CCM SC is integral - the connection of the ribs with each other, as well as with other structural elements, is realized in the process of polymerization of a binder composite material. Currently, SCM spacecraft ribs manufactured under industrial conditions from high-modulus carbon plastics have an elastic modulus of 185 GPa, i.e. close to steel modulus at a density 5.2 times lower.

СКК КА должна сочетать в себе оптимальные значения основных параметров. Технической проблемой при производстве СКК КА является достижение баланса оптимальных значений основных параметров.CCM SC should combine the optimal values of the main parameters. A technical problem in the production of spacecraft CCM is to achieve a balance of optimal values of the main parameters.

Следует отметить, что выбор при проектировании конфигурации и типа сетчатой конструкции зависит от воздействия комбинации статических и динамических нагрузок на конструкцию конкретного КА в целом и на его положение при выведении на орбиту и последующего функционирования. Нагрузки, действующие на СКК КА, переменны по высоте и являются минимальными на верхнем торце и максимальными на нижнем торце. Различие в нагрузках на торцах может достигать несколько десятков раз. Минимизация массы СКК КА при подобном распределении нагрузок может быть реализована переменным количеством ребер по высоте конструкции. Также действие нагрузок может приводить к возникновению локальных напряжений ребер сетчатой оболочки СКК КА. Исходя из этих условий, подбирают оптимальное количество продольных и при необходимости дополнительных продольных ребер, повышающих осевую жесткость сетчатой оболочки, определяют угол наклона и количество спиральных ребер, которые задают боковую жесткость. Наличие кольцевых ребер и при необходимости дополнительных кольцевых ребер придает свойство самостабилизации сетчатой оболочке СКК КА. Все ребра подбираются с обеспечением условия минимальной массы, а также необходимой прочности и жесткости конструкции сетчатой оболочки. Конфигурация сетчатой оболочки определяется специальным расчетом, при этом сетчатая оболочка СКК КА может быть выполнена из композиционного материала на основе высокомодульного углеродного волокна, методом «мокрой» намотки.It should be noted that the choice in designing the configuration and type of mesh structure depends on the effect of a combination of static and dynamic loads on the design of a particular spacecraft as a whole and on its position when it is put into orbit and subsequent operation. The loads acting on the spacecraft CCM are variable in height and are minimal at the upper end and maximum at the lower end. The difference in the loads at the ends can reach several tens of times. Minimizing the mass of the spacecraft CCM with a similar load distribution can be realized by a variable number of ribs along the height of the structure. Also, the action of loads can lead to the occurrence of local stresses of the ribs of the retina of the SCC SC. Based on these conditions, select the optimal number of longitudinal and, if necessary, additional longitudinal ribs that increase the axial stiffness of the mesh shell, determine the angle of inclination and the number of spiral ribs that specify lateral stiffness. The presence of annular ribs and, if necessary, additional annular ribs gives the property of self-stabilization to the mesh shell of the spacecraft satellite. All ribs are selected to ensure the conditions of minimum weight, as well as the necessary strength and rigidity of the mesh shell design. The configuration of the mesh shell is determined by a special calculation, while the mesh shell of the SCC KA can be made of composite material based on high-modulus carbon fiber, by the method of "wet" winding.

Таким образом, СКК КА представляет собой оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой цилиндрической формы, имеющую анизогридную сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных, кольцевых, продольных и дополнительных ребер с формированием ячеек нескольких типоразмеров, при этом на торцах сетчатой оболочки закреплены усиливающие элементы, один из которых имеет локальные зоны усиления, выполненные с реализацией возможности интеграции ребер, образующих сетчатую структуру в зоне усиления, а на другом усиливающем элементе установлены хомуты различных типов.Thus, the CCM of the spacecraft is a rotation shell made of a hollow cylindrical composite material having an anisogrid mesh structure formed by intersecting spiral, annular, longitudinal and additional ribs with the formation of cells of several sizes, while reinforcing are fixed to the ends of the mesh shell elements, one of which has local amplification zones, made with the implementation of the possibility of integration of the ribs forming a mesh structure in the lenii, and on another reinforcing element clamps of various types are installed.

Из предшествующего уровня техники известны различные конструктивные исполнения СКК КА сетчатой конструкции, которые могут быть использованы при изготовлении изделий авиационной техники, с близкой совокупностью признаков по конфигурации сетчатой структуры:From the prior art, various structural designs of a spacecraft CCM of a mesh structure are known, which can be used in the manufacture of aircraft products with a similar set of features in the configuration of the mesh structure:

– Патент РФ № 2475412 «Оболочка отсека герметичного фюзеляжа магистрального самолета из полимерного композиционного материала и способ ее изготовления», выполнена в виде слоистой обшивки с сеткой подкрепляющих ребер. Сетка подкрепляющих ребер содержит винтовые ребра с боковыми поверхностями в виде поверхностей прямого геликоида правого хода с разворотом указанных ребер в области торца отсека и их переходом в винтовые ребра левого хода и наоборот, а также продольные ребра с их U-образным разворотом в зонах торцов отсека. Ребра равномерно распределены по поверхности отсека, сформированы послойно и выполнены непрерывными. Ребра состоят из слоев однонаправленных прядей волокон полимерного композиционного материала, скрепленных полимерным связующим. На сетке подкрепляющих ребер сформирована наружная слоистая обшивка из полимерного композиционного материала. Недостатком данного аналога является отсутствие усиливающих элементов на торцах сетчатых конструкций, например металлических шпангоутов с профилируемыми пазами под ребра сетчатой оболочки. - RF patent No. 2475412 "The shell of the compartment of the pressurized fuselage of a main aircraft made of polymer composite material and the method of its manufacture", made in the form of a layered casing with a grid of reinforcing ribs. The grid of reinforcing ribs contains helical ribs with lateral surfaces in the form of surfaces of a direct right-hand helicoid with a turn of these ribs in the region of the end face of the compartment and their transition into helical ribs of the left passage and vice versa, as well as longitudinal ribs with their U-shaped turn in the areas of the ends of the compartment. The ribs are evenly distributed over the surface of the compartment, are formed in layers and are made continuous. Ribs consist of layers of unidirectional strands of fiber of a polymer composite material bonded with a polymer binder. On the grid of reinforcing ribs, an outer laminate sheath is formed of a polymer composite material. The disadvantage of this analogue is the absence of reinforcing elements at the ends of the mesh structures, for example, metal frames with profiled grooves for the edges of the mesh shell.

Необходимость усиления торцов вызвана тем, что композиционные материалы обладают меньшей прочностью при восприятии локальных нагрузок по сравнению с материалами из металла. Шпангоуты необходимы, например, для крепления КА к адаптеру разгонного блока с одной стороны СКК КА и стыковки с попутным КА с другой, что предполагает наличие посадочных мест и отверстий в корпусе шпангоута.The need for reinforcing the ends is due to the fact that composite materials have less strength in the perception of local loads compared to materials made of metal. The frames are necessary, for example, for attaching the SC to the booster block adapter on one side of the SCC SC and docking with the associated SC on the other, which implies the presence of seats and holes in the frame body.

– Патент РФ № 176806 «Изогридная (сетчатая) хвостовая балка вертолета, изготовленная из композиционных материалов», которая образована из повторяющихся по толщине стенки оболочки слоев систем перекрещивающихся спиральных и продольных лент из однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим, образующих спиральные и продольные ребра. Усиливающие шпангоуты состоят из слоев композиционного материала и слоев металлической фольги. На торцевом усиливающем шпангоуте, расположенном в районе хвостового оперения, установлена оболочка из композиционных материалов. Недостатком данного аналога является наличие дополнительных промежуточных усиливающих шпангоутов, а также хвостовой оболочки, существенно повышающих массу конструкции.- RF Patent No. 176806 “Helicopter (mesh) tail boom made of composite materials”, which is formed from layers of systems of intersecting spiral and longitudinal ribbons of unidirectional filaments, fastened together with a polymeric binder, forming spiral and longitudinal ribs, repeated along the wall thickness of the shell. Reinforcing frames consist of layers of composite material and layers of metal foil. On the end reinforcing frame, located in the area of the tail, installed a shell of composite materials. The disadvantage of this analogue is the presence of additional intermediate reinforcing frames, as well as the tail shell, significantly increasing the mass of the structure.

Из уровня техники также известны различные конструктивные исполнения СКК сетчатой конструкции, которые предназначены для крепления элементов конструкции КА и представлены в ряде описаний изобретений:From the prior art, various structural designs of a CCM of a mesh structure are also known, which are intended for fastening structural elements of the spacecraft and are presented in a number of descriptions of inventions:

– Патент РФ № 2392122 «Сетчатая оболочка вращения из композиционных материалов», образована из повторяющихся по толщине стенки оболочки слоев систем перекрещивающихся спиральных, продольных и кольцевых лент из однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим, образующих спиральные, кольцевые, продольные и дополнительные ребра. Дополнительные ребра ориентированы в продольном направлении. Дополнительные ребра короче длины образующей и неравномерно распределены по длине и периметру. Недостатком известной конструкции является отсутствие усиливающих элементов на торцах сетчатых конструкций.- RF Patent No. 2392122 "Mesh sheath of revolution made of composite materials", formed from layers of systems of intersecting spiral, longitudinal and annular ribbons of unidirectional filaments, fastened with a polymeric binder, forming spiral, annular, longitudinal and additional ribs repeated over the wall thickness of the shell. Additional ribs are oriented in the longitudinal direction. Additional ribs are shorter than the length of the generatrix and are unevenly distributed along the length and perimeter. A disadvantage of the known design is the lack of reinforcing elements at the ends of the mesh structures.

– Патент США № 20100065717 «METHOD AND SYSTEM FOR FORMING COMPOSITE GEOMETRIC SUPPORT STRUCTURES». Опорная конструкция представляет собой сетчатую оболочку трехмерной конфигурации полой цилиндрической формы из композиционного материала, которая образована посредством пересечения между собой спиральных, продольных, кольцевых и/или боковых поперечных ребер (опор) с образованием множества узлов. Торцы опорной конструкции могут быть оснащены шпангоутами, имеющими аэродинамический профиль. Недостатком данного аналога является отсутствие интеграции шпангоута в конструкцию в целом, связанной с отсутствием пазов для ребер сетчатой оболочки в корпусе шпангоута, что приводит к потере прочности, жесткости конструкции, а также снижению надежности соединения ребер сетчатой оболочки со шпангоутом. - US patent No. 20100065717 "METHOD AND SYSTEM FOR FORMING COMPOSITE GEOMETRIC SUPPORT STRUCTURES". The support structure is a mesh shell of a three-dimensional hollow cylindrical configuration made of composite material, which is formed by intersecting spiral, longitudinal, annular and / or lateral transverse ribs (supports) with the formation of many nodes. The ends of the supporting structure can be equipped with frames having an aerodynamic profile. The disadvantage of this analogue is the lack of integration of the frame into the structure as a whole, due to the absence of grooves for the edges of the mesh shell in the frame body, which leads to a loss of strength, rigidity of the structure, as well as a decrease in the reliability of the connection of the edges of the mesh shell with the frame.

Исходя из назначения и наиболее близкой совокупности существенных признаков в качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрана «Силовая конструкция платформы космического аппарата», известная из описания изобретения к патенту РФ № 2622304, которая содержит оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой цилиндрической формы, имеющую сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой ребер, при этом на торцах сетчатой оболочки закреплены усиливающие элементы (в виде шпангоутов, изображенных на чертежах прототипа). Сетчатая конструкция в данном случае имеет изогридный тип, характеризующийся ячейками одного типоразмера с равномерным размещением их по всему объему оболочки с однородными свойствами. Недостатком ближайшего аналога является низкая несущая способность изогридной сетчатой оболочки, обусловленная отсутствием кольцевых, продольных и дополнительных ребер, что снижает надежность СКК КА при одновременном выведении попутных КА (приложение осевой нагрузки к СКК КА) и может привести к разрушению ребер сетчатой оболочки. Также обозначенные усиливающие элементы сетчатой конструкции прототипа не имеют локальных зон усиления.Based on the purpose and the closest set of essential features, as the closest analogue (prototype), the “Power structure of the spacecraft platform” is selected, known from the description of the invention to RF patent No. 2622304, which contains a shell of revolution made of a hollow cylindrical composite material having a mesh a structure formed by intersecting the ribs with each other, while reinforcing elements are fixed to the ends of the mesh shell (in the form of frames shown in the drawing ah prototype). The mesh design in this case is of isogrid type, characterized by cells of the same size with their uniform distribution throughout the shell with homogeneous properties. The disadvantage of the closest analogue is the low bearing capacity of the isogrid mesh shell, due to the absence of annular, longitudinal and additional ribs, which reduces the reliability of the SCC spacecraft with the simultaneous removal of associated SCs (application of axial load to the SCC spacecraft) and can lead to the destruction of the edges of the mesh shell. Also designated reinforcing elements of the mesh structure of the prototype do not have local zones of amplification.

Для обеспечения прочности и жесткости СКК КА целесообразно наличие кольцевых, продольных ребер, а также нескольких дополнительных ребер в соответствии с переменным характером действующих комбинированных нагрузок. Кроме того, преобладающие усилия в рассматриваемых конструкциях, предназначенных для закрепления элементов конструкции КА, а также для попутного выведения КА ориентированы вдоль продольной оси симметрии и наиболее эффективно воспринимаются продольными, а не спиральными ребрами. При этом компенсация локальных напряжений ребер сетчатой оболочки вблизи наибольшей концентрации, образующейся возле шпангоута для крепления к адаптеру позволит предотвратить деформацию и разрушение сетчатой структуры СКК КА.To ensure the strength and rigidity of the spacecraft CCM, it is advisable to have annular, longitudinal ribs, as well as several additional ribs in accordance with the variable nature of the acting combined loads. In addition, the prevailing efforts in the structures under consideration, intended for fixing the structural elements of the spacecraft, as well as for the associated removal of the spacecraft, are oriented along the longitudinal axis of symmetry and are most effectively perceived by longitudinal rather than spiral ribs. At the same time, compensation of the local stresses of the edges of the retina near the highest concentration formed near the frame for attaching to the adapter will prevent deformation and destruction of the reticular structure of the spacecraft's spacecraft.

Задачами, на решение которых направлено заявляемое техническое решение являются: совершенствование конструкции СКК КА, повышение надежности, технологичности и степени унификации.The tasks to be solved by the claimed technical solution are: improving the design of the spacecraft's spacecraft, improving reliability, manufacturability and the degree of unification.

Поставленные задачи решаются за счет того что СКК КА содержит оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой цилиндрической формы, имеющую сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных, кольцевых, продольных, дополнительных кольцевых и продольных ребер, при этом на торцах сетчатой оболочки закреплены усиливающие элементы – шпангоуты, которые образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения, один из которых имеет профилирующие пазы под ребра сетчатой структуры и локальные зоны усиления, а на другом установлены хомуты различных типов.The tasks are solved due to the fact that the CCM of the spacecraft contains a rotation shell made of a hollow cylindrical composite material having a mesh structure formed by the intersection of spiral, annular, longitudinal, additional annular and longitudinal ribs, while reinforcing are fixed to the ends of the mesh shell elements - frames, which are formed by circularly closed rectangular profiles, one of which has profiling grooves under the edges of the mesh structures and a local area gain, and another set of different types of clamps.

Спиральные ребра могут быть образованы профилями прямоугольного сечения, одна половина которых ориентирована под углом к плоскости шпангоутов, а вторая половина ориентирована зеркально первой половине, при этом спиральные ребра расположены с равным угловым шагом вдоль цилиндрической поверхности сетчатой оболочки и соединяют шпангоуты между собой.Spiral ribs can be formed by profiles of rectangular cross-section, one half of which is oriented at an angle to the plane of the frames, and the second half is oriented specularly to the first half, while the spiral ribs are located with equal angular pitch along the cylindrical surface of the mesh shell and connect the frames to each other.

Кольцевые ребра образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения, ориентированы параллельно плоскости шпангоутов и расположены между шпангоутами, с равным шагом друг от друга.The annular ribs are formed by circularly closed profiles of rectangular section, oriented parallel to the plane of the frames and are located between the frames, with equal steps from each other.

Продольные ребра образованы профилями прямоугольного сечения, ориентированы перпендикулярно плоскости шпангоутов, соединяют шпангоуты между собой и расположены вдоль цилиндрической поверхности сетчатой оболочки группами с неравным шагом друг от друга.The longitudinal ribs are formed by profiles of rectangular cross section, oriented perpendicular to the plane of the frames, connect the frames together and are located along the cylindrical surface of the mesh shell in groups with unequal steps from each other.

Дополнительные кольцевые ребра образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения, ориентированы параллельно плоскости шпангоутов и расположены между шпангоутами, с различным расстоянием, при этом, данные ребра сопряжены с торцами дополнительных продольных ребер различной длины.The additional annular ribs are formed by circularly closed profiles of rectangular section, oriented parallel to the plane of the frames and are located between the frames with different distances, while these ribs are conjugated with the ends of the additional longitudinal ribs of different lengths.

Дополнительные продольные ребра образованы профилями прямоугольного сечения, ориентированы перпендикулярно плоскости шпангоутов и распределены вдоль цилиндрической поверхности сетчатой оболочки с неравным шагом друг от друга, при этом их длина короче продольных ребер, а также одни торцы данных ребер сопряжены со шпангоутом с локальными зонами усиления, другие торцы сопряжены с дополнительным кольцевым ребром, расположенным ближе к шпангоуту с хомутами.Additional longitudinal ribs are formed by rectangular sections, oriented perpendicular to the plane of the frames and distributed along the cylindrical surface of the mesh shell with an unequal pitch from each other, while their length is shorter than the longitudinal ribs, as well as some ends of these ribs are conjugated with the frame with local reinforcement zones, other ends are associated with an additional annular rib located closer to the frame with clamps.

Дополнительные продольные ребра образованы профилями прямоугольного сечения, ориентированы перпендикулярно плоскости шпангоутов и распределены вдоль цилиндрической поверхности сетчатой оболочки с равным шагом друг от друга, при этом их длина имеет среднюю величину среди других дополнительных продольных ребер, а также одни торцы данных ребер сопряжены со шпангоутом с локальными зонами усиления, другие торцы сопряжены с кольцевым ребром, расположенным ближе к центру.Additional longitudinal ribs are formed by rectangular sections, oriented perpendicular to the plane of the frames and distributed along the cylindrical surface of the mesh shell with equal steps from each other, while their length has an average value among other additional longitudinal ribs, as well as some ends of these ribs are paired with the frame with local amplification zones, other ends are associated with an annular rib located closer to the center.

Дополнительные продольные ребра образованы профилями прямоугольного сечения, ориентированы перпендикулярно плоскости шпангоутов и распределены вдоль цилиндрической поверхности сетчатой оболочки с равным шагом друг от друга, при этом их длина короче других дополнительных продольных ребер, а также одни торцы данных ребер сопряжены со шпангоутом с локальными зонами усиления, другие торцы сопряжены с дополнительным кольцевым ребром, расположенным около шпангоута с локальными зонами усиления.Additional longitudinal ribs are formed by rectangular sections, oriented perpendicular to the plane of the frames and distributed along the cylindrical surface of the mesh shell with equal steps from each other, while their length is shorter than other additional longitudinal ribs, as well as some ends of these ribs are conjugated with the frame with local amplification zones, other ends are associated with an additional annular rib located near the frame with local amplification zones.

Шпангоут с локальными зонами усиления может выступать за плоскость цилиндрической поверхности сетчатой оболочки.A frame with local reinforcement zones may protrude beyond the plane of the cylindrical surface of the mesh shell.

На шпангоуте с локальными зонами усиления могут быть установлены накладки, при помощи клея и болтового соединения, выполненные из металлических сплавов.On the frame with local reinforcement zones, pads made of metal alloys with glue and bolted joints can be installed.

Накладки могут быть установлены на каждой локальной зоне усиления или с равным шагом друг от друга.Pads can be installed on each local gain zone or in equal steps from each other.

Шпангоут с хомутами может быть выполнен из композиционных материалов, а шпангоут с локальными зонами усиления – из металлических сплавов.The frame with clamps can be made of composite materials, and the frame with local reinforcement zones can be made of metal alloys.

Хомуты шпангоута могут быть выполнены из металлических сплавов с посадочными отверстиями и расположены с равным шагом друг от друга.The clamps of the frame can be made of metal alloys with landing holes and are located with equal pitch from each other.

Шпангоут с локальными зонами усиления может быть выполнен с посадочными местами и отверстиями.A frame with local reinforcement zones can be made with seats and holes.

Локальные зоны усиления имеют треугольную форму и выполнены с отверстиями прямоугольной формы.Local amplification zones have a triangular shape and are made with rectangular holes.

Сетчатая структура выполнена из композиционного материала на основе высокомодульного углеродного волокна, методом «мокрой» намотки.The mesh structure is made of composite material based on high modulus carbon fiber, the method of "wet" winding.

Техническими результатами при использовании СКК КА с приведенной совокупностью признаков являются:Technical results when using the CCM spacecraft with a given set of features are:

– достижение баланса оптимальных значений основных параметров СКК КА в соответствии с современными требованиями к техническим и эксплуатационным характеристикам;- achieving a balance of optimal values of the basic parameters of the spacecraft CCM in accordance with modern requirements for technical and operational characteristics;

– компенсация локальных напряжений ребер сетчатой оболочки вблизи наибольшей концентрации, образующейся возле шпангоута для крепления к адаптеру;- compensation of the local stresses of the ribs of the retina near the highest concentration formed near the frame for mounting to the adapter;

– реализация возможности применения универсальных узлов крепления для размещения элементов конструкции и оборудования КА;- implementation of the possibility of using universal attachment points for placement of structural elements and spacecraft equipment;

– реализация возможности размещения элементов конструкции и оборудования КА как на внешней, так и на внутренней поверхности СКК КА;- the implementation of the possibility of placing structural elements and equipment of the spacecraft both on the external and internal surfaces of the spacecraft;

– реализация возможности одновременного выведения на орбиту нескольких КА.- implementation of the possibility of simultaneous launching of several spacecraft into orbit.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, представленными фигурами 1–8, где:The essence of the utility model is illustrated by the drawings, presented by figures 1-8, where:

– на фиг. 1 изображен вид общий СКК КА;- in FIG. 1 shows a view of a general CCM of the spacecraft;

– на фиг. 2 изображен вид спереди СКК КА;- in FIG. 2 shows a front view of a spacecraft CCM;

– на фиг. 3 показана структура сетчатой оболочки СКК КА;- in FIG. 3 shows the structure of the retina of the CCM spacecraft;

– на фиг. 4 отображены хомуты различных типов (для крепления приборной панели);- in FIG. 4 displays various types of clamps (for mounting the dashboard);

– на фиг. 5 показано сечение Д-Д, указанное на фиг. 4;- in FIG. 5 shows a cross section DD shown in FIG. 4;

– на фиг. 6 изображена локальная зона усиления;- in FIG. 6 shows a local gain zone;

– на фиг. 7 показано сечение К-К, указанное на фиг. 6;- in FIG. 7 shows a section KK indicated in FIG. 6;

– на фиг. 8 показаны выступающие посадочные площадки шпангоута с локальными зонами усиления.- in FIG. Figure 8 shows the protruding landing sites of the frame with local reinforcement zones.

СКК КА содержит оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой цилиндрической формы, имеющую сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных, кольцевых, продольных, дополнительных кольцевых и продольных ребер 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 соответственно при этом на торцах сетчатой оболочки закреплены усиливающие элементы – шпангоуты 9, 10, которые образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения, один из которых имеет профилирующие пазы под ребра 1, 2, 3, 6, 7, 8 сетчатой структуры и локальные зоны усиления 11, а на другом установлены хомуты 12 различных типов.The CCM of the spacecraft contains a shell of revolution made of a hollow cylindrical composite material having a mesh structure formed by intersecting spiral, annular, longitudinal, additional annular and longitudinal ribs 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, respectively at the same time, reinforcing elements are fixed on the ends of the mesh shell - frames 9, 10, which are formed by circular profiles of rectangular cross-section, one of which has profiling grooves for edges 1, 2, 3, 6, 7, 8 of the mesh structure Temperature and local area gain 11, and the other set collars 12 of different types.

Спиральные ребра 1 могут быть образованы профилями прямоугольного сечения, одна половина которых ориентирована под углом к плоскости шпангоутов 9, 10, а вторая половина ориентирована зеркально первой половине, при этом спиральные ребра 1 расположены с равным угловым шагом вдоль цилиндрической поверхности сетчатой оболочки и соединяют шпангоуты 9, 10 между собой.The spiral ribs 1 can be formed by profiles of rectangular cross-section, one half of which is oriented at an angle to the plane of the frames 9, 10, and the second half is oriented mirror-like to the first half, while the spiral ribs 1 are located with equal angular pitch along the cylindrical surface of the mesh shell and connect the frames 9 , 10 among themselves.

Кольцевые ребра 2 образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения, ориентированы параллельно плоскости шпангоутов 9, 10 и расположены между шпангоутами 9, 10, с равным шагом друг от друга.The annular ribs 2 are formed by circularly closed profiles of rectangular cross section, oriented parallel to the plane of the frames 9, 10 and are located between the frames 9, 10, with equal steps from each other.

Продольные ребра 3 образованы профилями прямоугольного сечения, ориентированы перпендикулярно плоскости шпангоутов 9, 10, соединяют шпангоуты 9, 10 между собой и расположены вдоль цилиндрической поверхности сетчатой оболочки группами с неравным шагом друг от друга.The longitudinal ribs 3 are formed by rectangular cross-sectional profiles, oriented perpendicular to the plane of the frames 9, 10, connect the frames 9, 10 to each other and are located along groups on the cylindrical surface of the mesh shell with an unequal pitch from each other.

Дополнительные кольцевые ребра 4, 5 образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения, ориентированы параллельно плоскости шпангоутов 9, 10 и расположены между шпангоутами 9, 10, с различным расстоянием, при этом, данные ребра сопряжены с торцами дополнительных продольных ребер 6, 8 различной длины.The additional annular ribs 4, 5 are formed by circularly closed profiles of rectangular section, oriented parallel to the plane of the frames 9, 10 and are located between the frames 9, 10, with different distances, while these ribs are conjugated with the ends of the additional longitudinal ribs 6, 8 of different lengths.

Дополнительные продольные ребра 6 образованы профилями прямоугольного сечения, ориентированы перпендикулярно плоскости шпангоутов 9, 10 и распределены вдоль цилиндрической поверхности сетчатой оболочки с неравным шагом друг от друга, при этом их длина короче продольных ребер 3, а также одни торцы данных ребер сопряжены со шпангоутом 10 с локальными зонами усиления 11, другие торцы сопряжены с дополнительным кольцевым ребром 4, расположенным ближе к шпангоуту 9 с хомутами 12.Additional longitudinal ribs 6 are formed by rectangular sections, oriented perpendicular to the plane of the frames 9, 10 and distributed along the cylindrical surface of the mesh shell with an unequal pitch from each other, while their length is shorter than the longitudinal ribs 3, as well as some ends of these ribs are conjugated with the frame 10 s local amplification zones 11, other ends are associated with an additional annular rib 4, located closer to the frame 9 with clamps 12.

Дополнительные продольные ребра 7 образованы профилями прямоугольного сечения, ориентированы перпендикулярно плоскости шпангоутов 9, 10 и распределены вдоль цилиндрической поверхности сетчатой оболочки с равным шагом друг от друга, при этом их длина имеет среднюю величину среди других дополнительных продольных ребер 6, 8, а также одни торцы данных ребер сопряжены со шпангоутом 10 с локальными зонами усиления 11, другие торцы сопряжены с кольцевым ребром 2, расположенным ближе к центру.Additional longitudinal ribs 7 are formed by rectangular sections, oriented perpendicular to the plane of the frames 9, 10 and distributed along the cylindrical surface of the mesh shell with equal steps from each other, while their length has an average value among other additional longitudinal ribs 6, 8, as well as one end these ribs are paired with the frame 10 with local reinforcement zones 11, the other ends are paired with an annular rib 2 located closer to the center.

Дополнительные продольные ребра 8 образованы профилями прямоугольного сечения, ориентированы перпендикулярно плоскости шпангоутов 9, 10 и распределены вдоль цилиндрической поверхности сетчатой оболочки с равным шагом друг от друга, при этом их длина короче других дополнительных продольных ребер 6, 7, а также одни торцы данных ребер сопряжены со шпангоутом 10 с локальными зонами усиления 11, другие торцы сопряжены с дополнительным кольцевым ребром 5, расположенным около шпангоута 10 с локальными зонами усиления 11.Additional longitudinal ribs 8 are formed by rectangular sections, oriented perpendicular to the plane of the frames 9, 10 and distributed along the cylindrical surface of the mesh shell with equal steps from each other, while their length is shorter than other additional longitudinal ribs 6, 7, as well as some ends of these ribs are conjugated with a frame 10 with local amplification zones 11, other ends are associated with an additional annular rib 5 located near the frame 10 with local amplification zones 11.

Шпангоут 10 с локальными зонами усиления 11 может выступать за плоскость цилиндрической поверхности сетчатой оболочки.The frame 10 with local reinforcement zones 11 may protrude beyond the plane of the cylindrical surface of the mesh shell.

На шпангоуте 10 с локальными зонами усиления 11 могут быть установлены накладки 13, при помощи клея и болтового соединения, выполненные из металлических сплавов.On the frame 10 with local reinforcement zones 11, pads 13 can be installed using glue and bolted joints made of metal alloys.

Накладки 13 могут быть установлены на каждой локальной зоне усиления 11 или с равным шагом друг от друга.The pads 13 can be installed on each local gain zone 11 or with equal pitch from each other.

Шпангоут 9 с хомутами 12 может быть выполнен из композиционных материалов, а шпангоут 10 с локальными зонами усиления 11 – из металлических сплавов.The frame 9 with clamps 12 can be made of composite materials, and the frame 10 with local reinforcement zones 11 can be made of metal alloys.

Хомуты 12 шпангоута 9 могут быть выполнены из металлических сплавов с посадочными отверстиями и расположены с равным шагом друг от друга.The clamps 12 of the frame 9 can be made of metal alloys with landing holes and are located with equal pitch from each other.

Шпангоут 10 с локальными зонами усиления 11 может быть выполнен с посадочными местами и отверстиями.The frame 10 with local zones of amplification 11 can be made with seats and holes.

Локальные зоны усиления 11 могут иметь треугольную форму и выполнены с отверстиями прямоугольной формы.Local amplification zones 11 may have a triangular shape and are made with holes of a rectangular shape.

СКК КА изготавливается с учетом требований к конструкции с использованием технологии изготовления методом «мокрой» намотки угольной нити, пропитанной эпоксидным связующим.CCM SC is made taking into account the requirements for the design using the manufacturing technology of the method of "wet" winding of a carbon fiber impregnated with an epoxy binder.

Намотка – процесс изготовления высокопрочных армированных изделий, форма которых определяется вращением произвольных образующих. При этом методе армирующий материал (угольная нить) укладывается по заданной траектории на вращающуюся оправку, которая определяет внутреннюю геометрию изделия. Winding is the process of manufacturing high-strength reinforced products, the shape of which is determined by the rotation of arbitrary generators. With this method, the reinforcing material (carbon filament) is laid along a predetermined path onto a rotating mandrel, which determines the internal geometry of the product.

Методом намотки формируют изделия, работающие в специфических условиях нагружения, таких как внутреннее или наружное давление, сжимающие или крутящие нагрузки. Изделия проектируются и изготавливаются с высокой степенью точности. By winding, articles are formed that work under specific loading conditions, such as internal or external pressure, compressive or torque loads. Products are designed and manufactured with a high degree of accuracy.

Полученные при намотке углепластиковые конструкции имеют ряд преимуществ перед аналогичными изделиями из традиционных материалов. В первую очередь это повышенная прочность при малой собственной массе, что позволяет добиться оптимального соотношения массы конструкции и полезной нагрузки. Другими преимуществами метода намотки являются:The carbon fiber structures obtained by winding have a number of advantages over similar products from traditional materials. First of all, this is increased strength with a small dead weight, which allows to achieve the optimal ratio of the mass of the structure and the payload. Other advantages of the winding method are:

– быстрый и поэтому экономически выгодный метод укладки армирующего мате-риала;- A fast and therefore cost-effective method of laying reinforcing material;

– недорогие материалы.- inexpensive materials.

«Мокрая» намотка обеспечивает повышенную формуемость изделий, поэтому преимущественно применяется при изготовлении крупногабаритных оболочек сложной кон-фигурации.“Wet” winding provides increased formability of products, therefore it is mainly used in the manufacture of large-sized shells of complex configuration.

Ребра сетчатой оболочки СКК КА выполнены из углепластика на основе углеродного волокна M46J или M55J, пропитанного эпоксидным связующим.The fins of the reticulate shell of the CCM SC are made of carbon fiber based on carbon fiber M46J or M55J impregnated with an epoxy binder.

СКК КА характеризуется следующими параметрами:CCM SC is characterized by the following parameters:

– высота ребер от 15 до 16 мм;- the height of the ribs from 15 to 16 mm;

– толщина спиральных ребер от 3 до 4 мм;- the thickness of the spiral ribs from 3 to 4 mm;

– толщина кольцевых рёбер от 3 до 4 мм;- thickness of annular ribs from 3 to 4 mm;

– толщина продольных ребер от 4 до 5 мм;- the thickness of the longitudinal ribs from 4 to 5 mm;

– угол наклона спиральных ребер 29°45’.- the angle of inclination of the spiral ribs 29 ° 45 ’.

Применение унификации при изготовлении данной СКК КА также дает технико-экономические преимущества, выраженные в снижении издержек и сроков производства посредством применения типовых технологических процессов при создании ряда модификаций СКК для КА тяжелого класса различного целевого назначения.The application of unification in the manufacture of this SCC spacecraft also provides technical and economic advantages, expressed in reducing costs and production time through the use of standard technological processes when creating a number of modifications of the CCM for spacecraft of heavy class for various purposes.

Claims

1. The power structure of the spacecraft’s hull, containing a rotation shell made of a hollow cylindrical composite material having a mesh structure formed by intersecting spiral ribs, while reinforcing elements are fixed at the ends of the mesh shell, characterized in that the mesh structure is also made with annular, longitudinal and additional annular and longitudinal ribs, and reinforcing elements - frames are formed by profiles yamougolnogo sections, one of which has a profiling grooves and ribs mesh structure local area gain, and another set of different types of clamps.

2. The power structure of the housing according to claim 1, characterized in that the spiral ribs are formed by profiles of rectangular cross-section, one half of which is oriented at an angle to the plane of the frames, and the second half is mirror-oriented to the first half, while the spiral ribs are located with an equal angular pitch along the cylindrical the surface of the retina and connect the frames to each other.

3. The power structure of the casing according to claim 1, characterized in that the annular ribs are formed by circular profiles of rectangular cross section, oriented parallel to the plane of the frames and are located between the frames with equal pitch from each other.

4. The power structure of the housing according to claim 1, characterized in that the longitudinal ribs are formed by profiles of rectangular cross section, oriented perpendicular to the plane of the frames, connect the frames to each other and are located along the cylindrical surface of the mesh shell in groups with an unequal pitch from each other.

5. The power structure of the body according to claim 1, characterized in that the additional annular ribs are formed by circular profiles of rectangular cross section, oriented parallel to the plane of the frames and are located between frames with different distances, while these ribs are conjugated with the ends of additional longitudinal ribs of different lengths.

6. The power structure of the body according to claim 1, characterized in that the additional longitudinal ribs are formed by rectangular profiles, oriented perpendicular to the plane of the frames and distributed along the cylindrical surface of the mesh shell with an unequal pitch from each other, while their length is shorter than the longitudinal ribs, and some ends of these ribs are paired with the frame with local reinforcement zones, other ends are paired with an additional ring rib located closer to the frame with clamps.

7. The power structure of the housing according to claim 1, characterized in that the additional longitudinal ribs are formed by rectangular profiles, oriented perpendicular to the plane of the frames and distributed along the cylindrical surface of the mesh shell with equal pitch from each other, while their length has an average value among other additional longitudinal ribs, as well as some ends of these ribs are paired with a frame with local reinforcement zones, other ends are paired with an annular rib located closer to the center.

8. The power structure of the housing according to claim 1, characterized in that the additional longitudinal ribs are formed by rectangular profiles, oriented perpendicular to the plane of the frames and distributed along the cylindrical surface of the mesh shell with equal pitch from each other, while their length is shorter than other additional longitudinal ribs, and also some ends of these ribs are paired with a frame with local reinforcement zones, other ends are paired with an additional annular rib located near the frame with local ons gain.

9. The power structure of the housing according to claim 1, characterized in that the frame with local reinforcement zones protrudes beyond the plane of the cylindrical surface of the mesh shell.

10. The power structure of the housing according to claim 1, characterized in that on the frame with local reinforcement zones, linings are installed using glue and bolted joints made of metal alloys.

11. The power structure of the housing according to claim 10, characterized in that the pads can be installed on each local gain zone or with equal pitch from each other.

12. The power structure of the housing according to claim 1, characterized in that the frame with clamps is made of composite materials, and the frame with local reinforcement zones is made of metal alloys.

13. The power structure of the housing according to claim 1, characterized in that the clamps of the frame are made of metal alloys with landing holes and are located with equal pitch from each other.

14. The power structure of the housing according to claim 1, characterized in that the frame with local reinforcement zones is made with seats and holes.

15. The power structure of the housing according to claim 1, characterized in that the local amplification zones have a triangular shape and are made with rectangular holes.

16. The power structure of the housing according to claim 1, characterized in that the mesh structure is made of composite material based on high modulus carbon fiber by the method of "wet" winding.