RU2417389C1 - Силовая ферма космического телескопа - Google Patents
Силовая ферма космического телескопа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2417389C1 RU2417389C1 RU2010107947/28A RU2010107947A RU2417389C1 RU 2417389 C1 RU2417389 C1 RU 2417389C1 RU 2010107947/28 A RU2010107947/28 A RU 2010107947/28A RU 2010107947 A RU2010107947 A RU 2010107947A RU 2417389 C1 RU2417389 C1 RU 2417389C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rods
- bimetallic ring
- composite
- ring
- bimetallic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Prostheses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при создании различных ферменных и рамных конструкций, к которым предъявляются высокие требования по жесткости и геометрической стабильности размеров от действия температур. Изобретение направлено на обеспечение стабильности как продольных, так и поперечных линейных размеров фермы в неравномерном поле температур для уменьшения дефокусировки телескопа. Этот технический результат обеспечивается за счет того, что в силовой ферме, состоящей из продольных, поперечных и диагональных цилиндрических стержней, соединенных между собой в узлах пересечения, диагональные, продольные и поперечные цилиндрические стержни выполнены составными и соединены между собой биметаллическими кольцами по их внешним и внутренним диаметрам. При этом в местах соединения с биметаллическими кольцами в стержнях выполнены продольные прорези на длину краевого эффекта, причем геометрические размеры составных цилиндрических стержней, биметаллических колец и физико-механические характеристики применяемых материалов связаны соотношениями, приведенными в формуле изобретения. 6 ил.
Description
Изобретение относится к области космических телескопов (КТ) и может быть использовано при создании различных ферменных и рамных конструкций, к которым предъявляются высокие требования по жесткости и геометрической стабильности размеров от действия температур.
Известна силовая ферма КТ, состоящая из продольных стержней, расположенных под углом к оси фермы, и поперечных стержней, соединенными с продольными в узлах. С целью уменьшения дефокусировки телескопа поперечные стержни выполнены из материала с более высоким коэффициентом линейного расширения, чем продольные стержни (см. журнал «Полет» №6, стр.42, 2000 г., УКД 629.7 «Проектирование адаптивных к действию градиентов температур размеростабильных силовых конструкций летательных аппаратов». Авторы: Г.Е.Фомин, А.Н.Шайда, В.Д.Байкин).
Известна силовая ферма КТ, включающая продольные поперечные и диагональные стрежни, соединенные между собой в узлах пересечения, при этом поперечные стержни выполнены из материала с более высоким коэффициентом линейного расширения, а длины и коэффициенты линейного расширения связаны между собой соответственно (см. журнал «Полет» №5, стр.51, 2001 г., УКД 629.78 «Проектирование размеростабильных конструкций повышенной жесткости, адаптивных к действию градиентов температур». Авторы: Г.Е.Фомин, А.Н.Шайда, В.Д.Байкин) - прототип.
Известная силовая ферма, а также вышеописанная не обеспечивают достаточную стабильность линейных размеров от действия температур, так как для сохранения длины фермы - увеличивается ее поперечный размер, что приводит к дефокусировке космического телескопа.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанного недостатка, т.е. обеспечение стабильности как продольных, так и поперечных линейных размеров фермы в неравномерном поле температур с целью уменьшения дефокусировки телескопа.
Задача решается тем, что в силовой ферме КТ, состоящей из продольных, поперечных и диагональных цилиндрических стержней, соединенных между собой в узлах пересечения, при этом диагональные, продольные и поперечные цилиндрические стержни выполнены составными и соединены между собой биметаллическим кольцом, по его внешнему и внутреннему диаметрам, при этом в местах соединения с биметаллическим кольцом в стержнях выполнены продольные прорези на длину краевого эффекта, причем геометрические размеры составных цилиндрических стержней, биметаллических колец и физико-механические характеристики применяемых материалов связаны соотношениями:
где L - суммарная длина каждого из составных цилиндрических стержней;
с - ширина биметаллического кольца;
b - наружный диаметр биметаллического кольца;
а - внутренний диаметр биметаллического кольца;
α1, α2 - коэффициенты линейного расширения материалов биметаллического кольца, α1>α2;
Н1, Н2 - толщины активного и пассивного слоев материалов биметаллического кольца;
Е1, Е2 - модули упругости первого рода материалов биметаллического кольца;
αст - коэффициент линейного расширения материала составного цилиндрического стержня;
где ri - радиусы срединной поверхности составного цилиндрического стержня;
δi - толщины стенок составного цилиндрического стержня.
i=1, 2;
η≤1 - коэффициент, учитывающий упругость частей составных цилиндрических стержней в местах их соединения с биметаллическим кольцом.
На фиг.1 изображен общий вид силовой фермы космического телескопа с высокой геометрической стабильностью по длине В и диаметру D при действии неравномерного поля температур.
На фиг.2 изображен общий вид составного цилиндрического стержня силовой фермы КТ.
На фиг.3, 4 изображен процесс деформирования составных цилиндрических стержней от действия положительного и отрицательного перепадов температур соответственно.
На фиг.5 изображено деформированное состояние биметаллического кольца при действии на него положительного перепада температур.
На фиг.6 изображено распределение усилий в биметаллическом кольце при действии на него положительного перепада температур.
Силовая ферма КТ состоит из продольных, поперечных и диагональных составных цилиндрических стержней 1, 2, 3, соединенных между собой в узлах пересечения 4.
При этом каждый из составных цилиндрических стержней 1, 2, 3 состоит из двух частей 5, 6 длиной l1, l2, толщиной стенок δ1, δ2 и радиусами срединной поверхности r1, r2 соединенных между собой биметаллическим кольцом 7 с толщиной слоев Н1, Н2 с внутренним и наружным диаметрами a, b.
Материал слоя толщиной Н1 имеет коэффициент линейного расширения α1 и превосходит коэффициент линейного расширения α2 материала слоя толщиной Н2, поэтому слой толщиной Н1 является активным, а слой толщиной Н2 - пассивным.
В местах соединения с биметаллическим кольцом в составных цилиндрических стержнях 1, 2, 3 выполнены продольные прорези 8, 9 на длину краевого эффекта, обеспечивающие упругое соединение в местах крепления к биметаллическому кольцу 7.
Отсутствие продольных прорезей 8, 9 в составных цилиндрических стержнях 1, 2, 3 реализует жесткую заделку в местах их соединения с биметаллическим кольцом 7, препятствующую повороту биметаллического кольца 7, а следовательно, уменьшает эффективность в целом силовой фермы.
При действии положительного или отрицательного (Т>Т0 или Т<Т0) перепада температуры Δt=Т-T0 длины l1, l2 каждого составного цилиндрического стержня 1, 2, 3 удлиняются (укорачиваются) на величины Δl1, Δl2, а биметаллическое кольцо 7, проворачиваясь на угол φ, перемещает свои края на величину ΔK в направлении, противоположном сумме удлинений ΔL=Δl1+Δl2.
Величины Δl1, Δl2 зависят от действия температуры, длины, материала, геометрических характеристик поперечного сечения составных цилиндрических стержней 1, 2, 3. Величина ΔK зависит от действия температуры, геометрических размеров, материалов, физико-механических характеристик слоев биметаллического кольца 7 и упругости соединенных с ним частей 5, 6 составного цилиндрического стержня.
ΔK=η·c·sin φ ≈ η·c·φ,
где c=b-a - ширина биметаллического кольца;
η - коэффициент, учитывающий упругость составных цилиндрических стержней 1, 2, 3 в местах их соединения с биметаллическим кольцом 7;
φ - угол поворота биметаллического кольца 7 (фиг.5).
Для составных цилиндрических стержней, имеющих прорези по образующей на величину, равную длине краевого эффекта , единичной ширины Шi (i=1, 2) - η=1, а при отсутствии прорезей по отношению к биметаллическому кольцу стержней, в приближенных расчетах можно принять η=0,5.
Для определения ΔK считаем форму биметаллического кольца 7 неизменной, тогда и сечение кольца можно считать недеформирующимся.
Возьмем точку О (см. фиг.5), расположенную на внутреннем радиусе - в сечении биметаллического кольца 7. Тогда полное перемещение сечения кольца может быть представлено в виде последовательных перемещений точки О вдоль оси симметрии, перпендикулярно к ней и поворота на угол φ около точки О.
Перемещение биметаллического кольца 7 вдоль оси симметрии соответствует его перемещению как жесткого целого и не вызывает его деформаций. Поэтому это перемещение не рассматриваем. Составляющую перемещения перпендикулярную оси симметрии, обозначим через Δ и перемещения вследствие поворота сечения вокруг точки О - Δφ.
Δφ=у·φ.
Радиальное перемещение точки А равно
Δ+у·φ,
а окружное относительное удлинение
Окружное напряжение для активного слоя биметаллического кольца 7 равно
для пассивного слоя биметаллического кольца
Если разрезать биметаллическое кольцо 7 осевой диаметральной плоскостью и рассмотреть равновесие половины биметаллического кольца, то очевидно, что в сечениях биметаллического кольца (см. фиг.6) изгибающий момент М и нормальная сила N равны нулю, следовательно:
Подставляя в выражения N и М значения выражений σ1 и σ2 и исключая Δ, определяем
Очевидно, что φ будет наибольшим, если
Тогда
Подставляя в выражение для ΔK значение φmax, определяем
ΔK=η·c·φmax
При действии перепада температур Δt суммарные значения удлинения (укорочения) цилиндрических стержней равны
ΔL=(l1·αст·Δt+l2·αст·Δt)=(l1+l2)αстΔt
где l1, l2 - длины составных цилиндрических стержней
αст - коэффициент линейного расширения материала стержней.
Приравниваем значения выражений
ΔL=ΔK
Определяем соотношение геометрических размеров составных цилиндрических стержней 1, 2, 3 биметаллического кольца 7 и физико-механических характеристик применяемых материалов.
и, введя обозначение l1+l2=L, получаем окончательное выражение для определения потребной длины составного цилиндрического стержня, размеростабильного от действия температуры.
Учитывая, что силовая ферма состоит из множества размеростабильных от действия температуры составных цилиндрических стержней, то и в целом она будет размеростабильной по длине и по диаметру.
Предложенные техническое решение позволяет создать размеростабильную адаптивную к действию температур силовую ферму, обеспечивающую минимальную дефокусировку телескопа при действии температур.
Claims (1)
- Силовая ферма космического телескопа, состоящая из продольных, поперечных и диагональных цилиндрических стержней, соединенных между собой в узлах пересечения, отличающаяся тем, что в ней диагональные, продольные и поперечные стержни выполнены составными, соединенными между собой биметаллическим кольцом, по его внешнему и внутреннему диаметрам, при этом в местах соединения с биметаллическим кольцом в стержнях выполнены продольные прорези на длину краевого эффекта, причем геометрические размеры составных цилиндрических стержней, биметаллических колец и физико-механические характеристики применяемых материалов связаны соотношениями:
;
где L - суммарная длина любого из составных стержней;
с - ширина биметаллического кольца;
b - наружный диаметр биметаллического кольца;
а - внутренний диаметр биметаллического кольца;
α1, α2 - коэффициенты линейного расширения материалов биметаллического кольца;
αст - коэффициент линейного расширения материала стержня;
H1, H2 - толщины слоев материалов биметаллического кольца;
E1, E2 - модули упругости первого рода материалов биметаллического кольца;
- длины продольных прорезей шириной Шi;
где ri - радиусы срединной поверхности составного стержня;
δi - толщины составного стержня;
i=1, 2;
η - коэффициент, учитывающий упругость стержней в местах их соединения с биметаллическим кольцом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010107947/28A RU2417389C1 (ru) | 2010-03-03 | 2010-03-03 | Силовая ферма космического телескопа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010107947/28A RU2417389C1 (ru) | 2010-03-03 | 2010-03-03 | Силовая ферма космического телескопа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2417389C1 true RU2417389C1 (ru) | 2011-04-27 |
Family
ID=44731649
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010107947/28A RU2417389C1 (ru) | 2010-03-03 | 2010-03-03 | Силовая ферма космического телескопа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2417389C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2503048C1 (ru) * | 2012-06-26 | 2013-12-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-Прогресс" (ФГУП "ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс") | Ферма силовая космического телескопа |
RU2557091C1 (ru) * | 2014-05-16 | 2015-07-20 | Открытое акционерное общество "Композит" | Силовой элемент ферменной конструкции, изготовленный методом металлургии гранул, и капсула для его изготовления |
RU2610070C1 (ru) * | 2015-10-08 | 2017-02-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") | Силовой каркас для космической аппаратуры |
-
2010
- 2010-03-03 RU RU2010107947/28A patent/RU2417389C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Журнал «Полет», 2001, №5, с.51. * |
Михельсон Н.Н. Оптические телескопы, теория и конструкция. - М.: Наука, 1976, с.379-382. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2503048C1 (ru) * | 2012-06-26 | 2013-12-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-Прогресс" (ФГУП "ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс") | Ферма силовая космического телескопа |
RU2557091C1 (ru) * | 2014-05-16 | 2015-07-20 | Открытое акционерное общество "Композит" | Силовой элемент ферменной конструкции, изготовленный методом металлургии гранул, и капсула для его изготовления |
RU2610070C1 (ru) * | 2015-10-08 | 2017-02-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") | Силовой каркас для космической аппаратуры |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pydah et al. | Static analysis of bi-directional functionally graded curved beams | |
RU2417389C1 (ru) | Силовая ферма космического телескопа | |
Malekzadeh et al. | Out-of-plane free vibration of functionally graded circular curved beams in thermal environment | |
US8871338B2 (en) | Lattice-structures and constructs with designed thermal expansion coefficients | |
Chen et al. | Mechanical performances and coupling design for the mechanical metamaterials with tailorable thermal expansion | |
US7993727B2 (en) | Advanced grid structure | |
Toropova et al. | Bimaterial lattices with anisotropic thermal expansion | |
Yas et al. | Three-dimensional analysis for thermoelastic response of functionally graded fiber reinforced cylindrical panel | |
US9354421B2 (en) | Method of manufacturing advanced grid structure, advanced grid structure, and space telescope using advanced grid structure | |
Pi et al. | Long-term non-linear behaviour and buckling of shallow concrete-filled steel tubular arches | |
Wang et al. | A novel chiral metamaterial with multistability and programmable stiffness | |
JP2018115697A5 (ru) | ||
US20210387750A1 (en) | Corrugated Rollable Tubular Booms | |
Fernandez et al. | Bistable collapsible tubular mast booms | |
Fernandez et al. | Bistability in collapsible tubular mast booms | |
US20170254450A1 (en) | Joint and joint assembly | |
RU2448878C1 (ru) | Силовой корпус космического телескопа | |
Zhang et al. | A new design concept of dual-constituent sandwich panel with in-plane zero thermal expansion | |
Marcinowski et al. | Using the ERFI Function in the Problem of the Shape Optimization of the Compressed Rod | |
US10378976B2 (en) | Balance devices | |
Toropova | Anisotropic multimaterial lattices as thermal adapters | |
RU2503048C1 (ru) | Ферма силовая космического телескопа | |
Norman et al. | Multistable textured shell structures | |
CN103207940A (zh) | 循环对称圆柱网格结构拓扑优化设计方法 | |
Weiß et al. | Experimental investigation on the deformation of CFRP cylinders using piezo-actuators |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20150520 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |