Исследование массово-прочностных характеристик облегчающих конструкций крупногабаритных зеркал
Сравнительное исследование эффективности различных конструкций облегчения зеркал космического телескопа с точки зрения снижения их массы при сохранении прочности. Расчет графиков оптимизации рёберной конструкции. Варианты формообразующих контуров.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.12.2018 |
| Размер файла | 1,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследование массово-прочностных характеристик облегчающих конструкций крупногабаритных зеркал
Неутов М.Ю.,
Абдула П.А.,
Толстоба Н.Д.
Университет ИТМО
В данной работе проводится сравнительное исследование эффективности различных конструкций облегчения зеркал с точки зрения снижения массы и сохранения прочности. зеркало космический телескоп
Важнейшей проблемой, определяющей не только стоимость, но и саму возможность создания космического телескопа является уменьшение массы главного зеркала при сохранении высокого качества формы его рабочей поверхности. Одним из решений данной проблемы является создание адаптивных зеркал, которые могут изменять свою форму в процессе эксплуатации. Второй вариант - это жесткие пассивные зеркала, не требующие управления формой своей поверхности. Речь идет о создании облегченных зеркал. Помимо прямой задачи уменьшения массы зеркала для отправки его на орбиту, облегчение позволяет создавать цельные зеркала большего диаметра, так как уменьшение веса влечет за собой и уменьшение деформаций зеркала под собственным весом. В проведенном исследовании рассматривались следующие варианты конструкций:
- облегчение отверстиями;
- облегчение ребрами;
- зеркала контурного сечения;
- «Сендвич».
При облегчении отверстиями на тыльной стороне подложки зеркала выполняются цилиндрические отверстия (рис. 1, а). Варианты расположения отверстий, их размеры и глубина могут быть различными и зависят от конструктивных параметров зеркала. Их параметры связаны между собой соотношениями, описанными в материале [3]. При использовании реберной конструкции (рис. 1, б) зеркало облегчается с помощью выборок трапецеидальной или треугольной формы, которые образуются благодаря пересечению ребер на тыльной стороне зеркала. В зеркалах контурного сечения с тыльной стороны снимается слой материала в определенных местах, образуя в сечении контур (рис. 1, в).
Рис. 1. Варианты конструкций облегчения.
Конструкция облегчения типа «сендвич» состоит из следующих основных элементов: тонкий лицевой отражающий слой (1), внутренний каркас с выборками или отверстиями (2) и последний лист, который замыкает конструкцию с тыльной стороны (3). Слои скрепляются между собой электроадгезионным способом, спеканием или пайкой. На рисунке 2 представлено сечение зеркала, облегченного данным способом.
Рис. 2. Конструкция облегчения типа «Сендвич».
Исследования проводились в программном комплексе САПР «Solid Works», так как он предоставляет возможности симуляции и анализа линейных и нелинейных нагрузок. Исходная заготовка зеркала была диаметром 1 м со сферической вогнутой рабочей поверхностью. Радиус кривизны поверхности - 5 м. Центральное экранирование зеркала 20%. Материал - титан. Рассматривался только вариант нахождения зеркала в зените, т.е. угол между его осью и направлением приложения силы тяжести составлял 0°. Такое расположение зеркала будет давать максимальные деформации. Также были рассмотрены различные варианты закрепления - за край, за центр, кольцевая опора и опора на несколько точек.
При исследовании рёберной конструкции размеры и количество рёбер были подобраны и оптимизированы с использованием встроенного модуля среды анализа при условии минимизации веса и деформаций. Это было сделано с целью получить наилучший вариант зеркала при использовании данного способа облегчения. Графики зависимостей массы (синяя кривая) и деформации (красная кривая) от толщин рёбер приведены на рисунке 3.
Рис. 3. Графики оптимизации рёберной конструкции.
При исследовании зеркал контурного сечения было проведено сравнение различных формообразующих контуров: прямой, окружности и парабол с вертикальной и горизонтальной осью симметрии. Результаты сравнения приведены в Таблице 1.
Рис. 4. Варианты формообразующих контуров.
Таблица 1. Сравнение формообразующих контуров.
Результаты исследований были собраны в единую таблицу. Жирным шрифтом выделены наиболее благоприятные значения напряжений и деформаций.
Таблица 2. Сравнительная таблица способов облегчения зеркал.
|
Констр укция облегчения |
Масса, кг |
Облегчение |
Способ крепления |
Макс. деформации, мкм |
Макс. напряжения, Н/м2 |
|
|
1. Без облегчения |
478,48 |
100% |
Крепление за край |
0,278 |
68 781 |
|
|
Крепление за центр |
1,111 |
400 406 |
||||
|
Кольцевая опора |
0,191 |
183 789 |
||||
|
Крепление на 3 точки |
1,030 |
3 408 949 |
||||
|
Крепление на 6 точек |
0,471 |
1 949 858 |
||||
|
2. Отверстия |
174,95 |
37% |
Крепление за край |
0,485 |
156 212 |
|
|
Крепление за центр |
2,335 |
708 009 |
||||
|
Кольцевая опора |
0,556 |
1 967 211 |
||||
|
3. Рёбра трапециаидаль- ные |
151 |
32% |
Крепление за край |
0,982 |
200 111 |
|
|
Крепление за центр |
3,434 |
2 053 310 |
||||
|
Кольцевая опора |
0,375 |
642 507 |
||||
|
Крепления на 3 точки |
1,742 |
11 176 393 |
||||
|
Крепление на 6 точек |
0,887 |
5 629 404 |
||||
|
4. Одноарочный (сфера) |
148,97 |
31% |
Крепление за центр |
1,345 |
149 331 |
|
|
5. Двухарочный (парабола) |
257,90 |
54% |
Кольцевая опора |
0,125 |
72 724 |
|
|
4. Рёбра треугольные |
174,7 |
37% |
Крепление за край |
0,606 |
293 323 |
|
|
Крепление за центр |
3,533 |
1 999 693 |
||||
|
Кольцевая опора |
0,264 |
257 956 |
||||
|
5. Сендвич |
185,77 |
39% |
Крепление за край |
0,295 |
91 023 |
|
|
Крепление за центр |
0,895 |
410 223 |
||||
|
Кольцевая опора |
0,236 |
172 063 |
Литература
[1] Vukobratovich D., Lightweight Mirror Design. Optomechanical Engineering Handbook. 1999.
[2] Yoder P.R., Mounting optics in optical instruments. 2008.
[3] И.И. Крыжановский, С.М. Никитин, В.А. Кудрявцева, Особенности конструкции облегчённых металлостеклянных зеркал. 1977.
[4] Савицкий А.М., Соколов И.М., Вопросы конструирования облегченных главных зеркал космических телескопов // Оптический журнал. 2009г. № 10.
[5] Меламед Е.Р., Петров Ю.Н., Соколов И.М., Конструкции главных зеркал космических телескопов // Оптический журнал. 2002г. № 9.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Исследование механических конструкций. Рассмотрение плоских ферм и плоских конструкций. Анализ значений реакций в зависимости от углов конструкции, вычисление внешних и внутренних связей. Зависимость реакций механической конструкции от опорных реакций.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 05.01.2013- Использование установки ДСМ-2 для моделирования поведения первых зеркал в термоядерном реакторе ИТЕР
Исследование деградации коэффициента отражения для металлических зеркал. Особенности влияния бомбардировки ионами дейтериевой плазмы на зеркала из аморфных сплавов. Гипотеза о зависимости поглощения дейтерия от наличия гидридообразующих компонентов.
дипломная работа [2,8 M], добавлен 07.06.2011 Определение фокусных расстояний линз и зеркал, наблюдение и оценка их аберраций. Свойства линз и сферических зеркал превращать расходящиеся гомоцентрические пучки лучей в гомоцентрические сходящиеся пучки, виды аберрации. Формула сферического зеркала.
лабораторная работа [59,3 K], добавлен 20.02.2010Характеристика конфигураций амплитудно-ступенчатых зеркал открытого квазиоптического резонатора СО2-лазера от геометрических размеров зеркал и параметров амплитудно-ступенчатого фильтра в виде поглощающих элементов, размещенных в узловых линиях поля.
дипломная работа [485,8 K], добавлен 09.07.2012Исследование вольтамперных характеристик диодов, снятие характеристик при различных значениях напряжения. Аппроксимация графиков вольтамперных характеристик диодов, функции первой и второй степени, экспоненты. Исходный код программы и полученные данные.
лабораторная работа [1,6 M], добавлен 24.07.2012Понятие, классификация лазеров по признакам, характеристика основных параметров, их преимущества. Причины конструкции лазеров с внешним расположением зеркал. Описание физических процессов в газовых разрядах, способствующих созданию активной среды.
реферат [594,8 K], добавлен 13.01.2011Явление вынужденного (индуцированного) излучения как физическая основа работы лазера. Строение лазера (источник энергии, рабочее тело и система зеркал). Характеристика дополнительных устройств в лазерной системе для получения различных эффектов.
презентация [673,0 K], добавлен 17.12.2014Построение схем с диодом из библиотеки SimElectronics и электрическим диодом из библиотеки Simscape и графиков зависимости тока от напряжения. Аппроксимация графиков вольтамперных характеристик диодов различными методами при 2-х разных температурах.
контрольная работа [1,6 M], добавлен 08.07.2012Расчет и построение механической характеристики АД по паспортным данным, сбор и исследование его электрической схемы. Расчет основных механических характеристик: номинального и критического скольжения, угловой частоты вращения, пускового момента.
лабораторная работа [26,4 K], добавлен 12.01.2010Исследование общей схемы овальных трехщелевых траловых досок и тралового лова. Анализ технических характеристик аэродинамической трубы AT-12. Изучение изменения коэффициентов лобового сопротивления и подъемной силы, в зависимости от различных углов атаки.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 15.12.2013Особенности виброакустического расчета конструкции сухогруза без специальных средств снижения вибрации и шума. Модернизация противошумового комплекса и энергостатистический анализ инженерных конструкций с использованием программного комплекса AutoSea.
курсовая работа [936,3 K], добавлен 27.12.2012Параметры наружного и внутреннего воздуха. Расчет сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Проверка конструкций ограждений на отсутствие конденсации водяных паров. Определение тепловой характеристики здания. Конструирование системы отопления.
курсовая работа [509,3 K], добавлен 05.10.2012Открытый оптический резонатор. Собственные волны и типы поляризации. Методы расчета характеристик оптических резонаторов. Моделирование резонаторов с неплоским контуром. Измерение потерь в исследуемых резонаторах, путем сравнивания с калибровочным.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 19.12.2015Свойства света, его физическая природа и взаимодействие с веществом. Получение изображений точечных источников света и протяженных предметов. Закон отражения, нахождение изображений при отражении света от различных типов зеркал. Закон преломление света.
реферат [59,4 K], добавлен 26.04.2010Изучение процесса пуска электрической машины постоянного тока при различных режимах работы и схемах включения обмотки возбуждения и добавочных реостатов в цепи. Исследование пусковых характеристик двигателя. Осциллограммы для схемы и электродвигателя.
лабораторная работа [1,6 M], добавлен 01.12.2011Классификация по степени бесперебойности электроснабжения цехов завода железобетонных конструкций. Выбор напряжения питающих и распределительных сетей, количества, мощности и место положения цеховых подстанций. Расчет токов короткого замыкания.
дипломная работа [528,1 K], добавлен 14.03.2016Принцип действия генератора импульсного напряжения. Характеристики вакуумных разрядников, условия развития пробоя. Исследование электрической прочности РВУ-43, РВУ-53. Расчеты распределения электрического поля в них при помощи программного пакета Comsol.
дипломная работа [8,7 M], добавлен 14.02.2014Теплотехнический расчет ограждающих конструкций: наружной стены, чердачного перекрытия, пола, дверей и окон. Коэффициент теплопередачи железобетонной пустой плиты перекрытия. Теплопотери через ограждающие конструкции. Расчет нагревательных приборов.
курсовая работа [238,4 K], добавлен 13.06.2012Многообразие рынка оптических приборов. Методы контрастирования изображения. Предметные и покровные стекла. Устройства защиты объектива. Система призм и зеркал. Счетные камеры и измерительные приспособления. Современные прямые металлургические микроскопы.
реферат [790,1 K], добавлен 27.11.2014Причины отказа от использования закрытых резонаторов в оптическом диапазоне. Типы колебаний, для которых потери минимальны. Радиусы кривизны поверхностей зеркал. Моды резонатора, их виды. Изменение интенсивности излучения при распространении в резонаторе.
презентация [143,6 K], добавлен 19.02.2014
