Методика формирования конструктивно-силовой схемы адаптера космического аппарата для удовлетворения требований динамической совместимости методами топологической и параметрической оптимизации
Авторы: Боровиков А.А., Тушев О.Н.
Опубликовано в выпуске: #12(120)/2021
DOI: 10.18698/2308-6033-2021-12-2134
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
В настоящее время разработчики ракет-носителей предъявляют требование динамической совместимости космического аппарата со средством выведения. Оно заключается в ограничении нижней границы первого поперечного и первого продольного основных тонов собственных колебаний космического аппарата с адаптером относительно жесткого основания. Одна из задач, которую необходимо решить для выполнения данного требования, — формирование конструктивно-силовой схемы адаптера космического аппарата. Традиционное проектирование адаптера заключается в разработке его конструкции на основе аналогов и проведении поверочных расчетов с последующей доработкой конструкции для удовлетворения прочностных и жесткостных требований. Однако при таком подходе затрачивается много времени и сложно учитывать постоянное изменение исходных данных на начальном этапе проектирования. В статье приведена методика, позволяющая оперативно формировать конструктивно-силовую схему адаптера, облик которой определяется в большей степени расчетным путем с помощью методов топологической и параметрической оптимизации. Применение предлагаемой методики показано на примере разработки адаптера перспективного космического аппарата. Получаемые результаты целесообразно использовать как исходные данные и рекомендации при конструировании адаптера, особенно на начальных этапах проектирования.
Литература
[1] Wijker J.J. Spacecraft Structures. Springer Science & Business Media, 2008, 504 p.
[2] Soyuz CSG User’s Manual. Iss. 2.1. USA, Washington, DC, Arianespace Inc. Publ., May 2018.
[3] Delta IV Launch Services User’s Guide. June 2013. URL: http://www.ulalaunch.com/uploads/docs/Launch_Vehicles/Delta_IV_Users_Guide_June_2013.pdf
[4] Ariane 5 Users’s Manual. Iss. 5 Revision 3. USA, Washington, DC, Arianespace Inc. Publ., June 2020.
[5] Falcon User’s Guide. SpaceX Publ., August 2020.
[6] Боровиков А.А., Леонов А.Г., Тушев О.Н. Методика определения расположения межпанельных кронштейнов корпуса космического аппарата с использованием топологической оптимизации. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2019, № 4, с. 4–19. DOI: 10.18698/0236-3941-2019-4-4-19
[7] Baldzhiev R.S., Alekseyev A.A., Azarov A.V. Topology optimization of the lattice payload adapter for carrier rocket. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2019, vol. 683 (1), pp. 1–7. DOI: 10.1088/1757-899X/683/1/012061
[8] Хахленкова А.А., Лопатин А.В. Обзор конструкций адаптеров современных космических аппаратов. Космические аппараты и технологии, 2018, т. 2, № 3 (25), с. 134–146. DOI: 10.26732/2618-7957-2018-3-134-146
[9] Sanford G. Development and Structural Qualification of the EELV Secondary Payload Adapter (ESPA). 43rd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, 2002, pp. 1–6. https://doi.org/10.2514/6.2002-1698
[10] Хахленкова А.А. Двухконусный адаптер для запуска блока трех космических аппаратов. Вестник СибГАУ, 2016, т. 17, № 3, с 748–759.
[11] Беляев А.В., Зеленцов Вл.В., Щеглов Г.А. Средства выведения космических летательных аппаратов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007, 56 с.
[12] Schwingel D., Seeliger H., Vecchionacci C, Alwes D, Dittrich J. Aluminium foam sandwich structures for space applications. Acta Astronautica, 2007, vol. 61, pp. 326–330. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2007.01.022
[13] Замятин Д.А., Кольга В.В., Нестеров В.А. Проектирование адаптера космического аппарата информационного обеспечения. Актуальные проблемы авиации и космонавтики, 2018, т. 1, № 14, 2018, с. 99–101.
[14] Bendsoe M.P., Sigmund O. Topology optimization. Theory, methods, and application. Springer, 2004, 370 p.
[15] Sigmund O., Maute K. Topology optimization approaches. A comparative review. Structural and Multidisciplinary Optimization, 2013, vol. 48, pp. 1031–1055. DOI: 10.1007/s00158-013-0978-6
[16] Сысоева В.В., Чедрик В.В. Алгоритмы оптимизации топологии силовых конструкций. Ученые записки ЦАГИ, 2011, т. 42, № 2, с. 91–102.
[17] Design sensitivity and optimization. User’s guide. MSC Nastran Publ., 2018.
[18] Quick reference guide. MSC Nastran Publ., 2018.