Регистрация / Вход
Прислать материал

Проведение прикладных научных исследований в области технологического проектирования и создания пространственных композитных конструкций с высокой весовой эффективностью и термостабильностью для ракетно-космической техники

Докладчик: Халиулин Валентин Илдарович

Должность: заведующий кафедрой, профессор, заведующий кафедрой Производство летательных аппаратов, профессор

Цель проекта:
Сравнение характеристик платформ российских космических аппаратов среднего и тяжелого класса (Экспресс 1000 и Экспресс 2000 соответственно) с аналогами зарубежного производства (STAR (Orbital) и E3000 (Astrium) соответственно) показывает, что масса конструкции российских спутников в среднем на 10% процентов больше массы зарубежных аналогов. Это является показателем, характеризующим уровень используемых технологий и материалов при производстве конструктивных элементов КА. Кроме того, постоянно повышаются эксплуатационные и технические требования к оборудованию, установленному на КА, например, по точности наведения (с 0,1 градуса до 0,05 градуса), что в свою очередь определяет особые требования к обеспечению размеростабильности и точности исполнения элементов конструкции космических аппаратов. Поэтому для повышения конкурентоспособности отечественных КА необходимо разрабатывать новые конструктивные и технологические решения для изготовления элементов конструкций с высокой весовой эффективностью, точностью изготовления и размеростабильностью. Основной целью выполнения проекта является создание перспективной технологии изготовления пространственных композитных конструкций для ракетно-космической техники, обладающих высокой весовой эффективностью и термостабильностью.

Основные планируемые результаты проекта:
Основными результатами выполнения проекта являются:
- Технология создания элементов пространственных конструкций типа штанг и интегральных плат инновационными способами получения преформ методами радиального плетения и трансферного формования.
- Методики расчета НДС пространственных конструкций с учетом технологии их изготовления и рекомендации по созданию рациональных схем армирования для достижения высокой термостабильности конструкции.
- Методики и технологические инструкции по разработке и проектированию технологической оснастки для реализации указанных методов изготовления пространственных конструкций.
- Результаты исследовательских испытаний материалов и элементов пространственных конструкций.
- Экспериментальная технологическая оснастка для изготовления макетов элементов пространственных конструкций с высокой термостабильностью.
- Макеты элементов пространственных конструкций.
- Проекты технического задания на проведение ОКР по разработке опорной конструкции контррефлектора антенны космического аппарата, интегральных плат для размещения оборудования космического аппарата.
Основные характеристики планируемых результатов:
Для изготовления элементов типа штанг планируется использовать трансферные методы формования, вместо традиционных методов мокрой намотки и печного или автоклавного формования. Данные способ позволяет повысить качество и точность изготовления деталей, сократить или даже исключить механообработку и снизить себестоимость их изготовления. Для получения тербуемых механических характеристик предполагается использовать высокомодульные углеродные волокна для получения преформ с три-аксиальной схемой армирования методом радиального плетения.
Разрабатываемый технологический процесс должен:
- позволять изготавливать элементы пространственных композитные конструкции с показателем термостабильности (коэффициент линейного температурного расширения) не более 2,6•10-6°С-1;
- обеспечивать плетение армирующих структур из высокомодульных волокон с модулем упругости не менее 400 ГПа;
- обеспечить снижение массы элементов конструкций не менее чем на 15% в сравнении с существующими аналогами;
- обеспечивать стабильность и повторяемость конструктивных и прочностных характеристик композитных конструкций;
- обеспечивать стабильность по отклонениям геометрических размеров и форме - не более ±0,05 мм от номинальных размеров;
- обеспечивать стабильность по отклонениям физико-механических свойств деталей – не более ±5% от номинальных значений.
В настоящее время нет данных о использовании методов трансферного формования для изготовления элементов пространственных конструкций КА с высокой термостабильностью.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Основной областью применения результатов является ракетно-космическая и авиационная отрасль. Новые технологические приемы изготовления композитных конструкций позволят снизить себестоимость изготовления и повысить функциональные качества изделий - весовую эффективность, термостабильность.
Результаты предполагается использовать при проведении опытно-конструкторских работ по разработке и изготовлению пространственных конструкций, проектировании технологической оснастки и оборудования..
Проведении дальнейших научно-исследовательских работ по разработке и оптимизации методов расчета и технологии изготовления пространственных композитных конструкций методами радиального плетения, направленной укладки волокна и трансферного формования.
Получение основных результатов работы направленно на удовлетворение потребностей Индустриального партнера – ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева» во внедрении новых технологий и материалов при реализации эффективных композитных пространственных конструкций для космических аппаратов.
В то же время, потребителями результатов проекта могут являться предприятия ракетно-космической, авиационной, судостроительной отрасли, транспортного машиностроения, станкостроения и другие.

Текущие результаты проекта:
Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы по проблеме разработки и изготовления термостабильных композитных конструкций для ракетно-космической техники, обладающих высокой весовой эффективностью и термостабильностью.
Обосновано направлене выполнения исследований в области создания перспективной технологии изготовления пространственных композитных конструкций для ракетно-космической техники, обладающих высокой весовой эффективностью и термостабильностью,
Проведено обоснование состава типовых пространственных композитных конструкций ракетно-космической техники, для изготовления которых наиболее эффективно применение технологий радиального плетения и трансферного формования.
Проведено обоснование выбора материалов для изготовления пространственных композитных конструкций типа штанги опорной конструкции контррефлектора, штанги силовой и интегральной конструкции крепления оборудования с высокой весовой эффективностью и термостабильностью методами радиального плетения и трансферного формования.
Разработана аналитическая методика расчета конструктивных параметров элементов пространственных композитных конструкций в виде штанг опорной конструкции контррефлектора (ШОКК) с учетом свойств выбранного материала и схемы армирования.
Проведены расчетные исследования влияния схемы армирования элементов пространственных композитных конструкций типа ШОКК на прочность, модуль упругости и их деформации при тепловом нагружении с использование разработанной аналитической методики расчета конструктивных параметров
Разработан лабораторный технологический регламент изготовления типовых элементов пространственных композитных конструкций методами радиального плетения преформ с би- и три- аксиальной схемой армирования с использованием высокопрочных и высокомодульных волокон и трансферного формования для определения технологических ограничений по применению выбранных материалов и схем армирования.
Разработана программа и методики исследовательских испытаний технологии изготовления типовых элементов пространственных композитных конструкций для определения технологических ограничений по применению выбранных материалов и схем армирования.
Определены технологические ограничений для использования высокомодульных и высокопрочных волокон при радиальном плетении элементов конструкций с различными углами армирования и уточнение параметров технологического процесса плетения и трансферного формования.
Разработаны технические требования к механическим, весовым и термомеханическим характеристикам элементов пространственных композитных конструкций: макетов штанги опорной конструкции контррефлектора (ШОКК) и штанги силовой;
Разработана конструкция и эскизная конструкторская документация на макет ШОКК с учетом проведенных расчетов по определению конструктивных и прочностных параметров.
Разработана конструкция и эскизная конструкторская документация на макет штанги силовой - основного несущего элемента корпуса КА.
Разработана конструкция и эскизная конструкторская документации на экспериментальную технологическую оснастку для изготовления типовых элементов пространственных композитных конструкций ШОКК и штанги силовой методом радиального плетения, намотки и трансферного формования.
Изготовлена экспериментальная технологическая оснастка для отработки технологии и оценки возможности изготовления типовых элементов пространственных композитных конструкций ШОКК и штанги силовой методом радиального плетения, намотки и трансферного формования.
Проведены исследовательские испытания по отработке технологии изготовления типовых элементов пространственных композитных конструкций методами радиального плетения преформ с би- и три- аксиальной схемой армирования с использованием высокопрочных и высокомодульных волокон и трансферного формования.