RU203508U1

RU203508U1 - POWER STRUCTURE OF THE CASE OF THE PAYLOAD OF THE SPACE VEHICLE

Info

Publication number: RU203508U1
Application number: RU2020129165U
Authority: RU
Inventors: Юлия Сергеевна Кравченко; Станислав Владимирович Авкельгин; Евгений Дмитриевич Мироненко; Олена Александровна Исеева; Андрей Викторович Жуков; Вадим Петрович Вашкевич
Original assignee: Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва»
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2021-04-08

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) модуля полезной нагрузки (МПН) космического аппарата (КА) предназначена для крепления панелей корпуса МПН КА с бортовой и целевой аппаратурой и для стыковки с модулем служебных систем КА.Задачами, на решение которых направлено заявляемое техническое решение, являются: совершенствование конструкции СКК МПН КА, повышение надежности, технологичности и степени унификации.Поставленные задачи решаются за счет того, что СКК МПН КА содержит оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой формы, имеющую сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных и кольцевых ребер, с формированием ячеек нескольких типоразмеров, при этом торцы сетчатой оболочки выполнены с интегрированными в структуру усиливающими элементами – шпангоутами, образованными замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения. Сетчатая оболочка имеет коническую форму, а шпангоуты выполнены с нижним и верхним интерфейсами, при этом размер ячеек увеличивается по направлению к шпангоуту с интерфейсом нижним.Техническими результатами при использовании СКК МПН КА с приведенной совокупностью признаков являются:– достижение баланса оптимальных значений основных параметров СКК МПН КА в соответствии с современными требованиями к техническим и эксплуатационным характеристикам;– реализация возможности размещения дополнительного целевого оборудования в зоне полезного груза ракеты-носителя посредством конфигурации данной конической сетчатой оболочки;– достижение оптимальной конструктивной схемы для крепления сотовых панелей и других элементов конструкции, посредством конической формы СКК МПН КА.The utility model refers to mesh structures made of composite materials and can be used in products of aviation and rocket and space technology. The power structure of the hull (SCC) of the payload module (MPN) of the spacecraft (SC) is intended for fastening the panels of the MPN SC body with the onboard and target equipment and for docking with the module of the spacecraft service systems. The tasks to be solved by the claimed technical solution are: improving the design of the SCS MPN SC, increasing the reliability, manufacturability and degree of unification. The tasks are solved due to the fact that the SCC MPN SC contains a shell of rotation , made of a composite material of a hollow shape, having a mesh structure formed by the intersection of spiral and annular ribs with each other, with the formation of cells of several standard sizes, while the ends of the mesh shell are made with reinforcing elements integrated into the structure - frames formed by closed edges slugs with rectangular profiles. The mesh shell has a conical shape, and the frames are made with lower and upper interfaces, while the size of the cells increases towards the frame with the lower interface. The technical results when using the SCC MPN SC with the given set of features are: - achieving a balance of optimal values of the basic parameters of SCC MPN Spacecraft in accordance with modern requirements for technical and operational characteristics; - implementation of the possibility of placing additional target equipment in the payload area of the launch vehicle by means of the configuration of this conical mesh shell; - achievement of an optimal design scheme for fixing honeycomb panels and other structural elements by means of a conical shape SCK MPN KA.

Description

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

Силовая конструкция корпуса (СКК) модуля полезной нагрузки (МПН) космического аппарата (КА) предназначена для крепления панелей корпуса МПН КА с бортовой и целевой аппаратурой и для стыковки с модулем служебных систем (МСС) КА.The spacecraft payload module (SC) hull load-bearing structure (SCS) is intended for fastening the SC hull panels with onboard and target equipment and for docking with the SC service systems module (MSS).

СКК МПН КА должна иметь заданную несущую способность, обеспечивающую ее целостность при внешних воздействиях, т.е. обладать высокой жесткостью и прочностью. Другими требованиями, предъявляемыми к СКК МПН КА, являются требования по обеспечению оптимальных значений основных параметров:The SCK MPN spacecraft must have a given bearing capacity that ensures its integrity under external influences, i.e. have high rigidity and strength. Other requirements for the SCS of the MPN SC are the requirements for ensuring the 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;

– минимизации массовых характеристик.- minimization of mass characteristics.

При производстве КА значительную роль играет срок изготовления его составных частей. Применение технической унификации при изготовлении СКК МПН 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 a spacecraft, a significant role is played by the production time of its components. The use of technical unification in the manufacture of SCC of the MPN SC allows to reduce the time for adaptation to a specific SC, contributes to the realization of the possibility of a wider application of SCC in the creation of SCs 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, МСС и МПН. Варианты исполнения модулей могут быть различны, с применением СКК и без.At the moment, both in domestic and foreign production of non-pressurized spacecraft, a modular construction principle is used, in which the spacecraft consists of several structurally and functionally separate modules, for example, MSS and MPN. Module options can be different, with the use of CCM and without.

Известно, что максимально удовлетворяют требования, предъявляемые к СКК оболочки вращения, имеющие сетчатую структуру, несущими элементами которой являются ребра, обеспечивающие одновременно мембранную и изгибную жесткость конструкции. Геометрическая форма СКК МПН КА в виде конуса, способствует равномерному распределению нагрузки на конструкцию МПН КА.It is known that the requirements for the SCC of the shell of revolution, which have a mesh structure, the load-bearing elements of which are ribs, which simultaneously provide membrane and bending rigidity of the structure, are satisfied to the maximum. The geometric shape of the SCC of the MPN SC in the form of a cone contributes to the uniform distribution of the load on the structure of the MPN SC.

Также известно, что применение полимерных композиционных материалов в качестве материала изготовления СКК МПН 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 МПН 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 МПН 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 manufacture of SCC MPN spacecraft can reduce the mass 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 terms of specific strength - 5–6 times. The low coefficient of thermal expansion of polymer composite materials ensures dimensional stability of the structure when exposed to a wide range of temperatures in the space environment. The SCC MPN KA is integral - the connection of the ribs to each other, as well as to other structural elements, is realized in the process of polymerization of the binder composite material. At present, the ribs of the SCC MPN SC manufactured in industrial conditions from high-modulus carbon-fiber reinforced plastics have an elastic modulus of 185 GPa, i.e. close to the modulus of steel with a density of 5.2 times less.

СКК МПН КА должна сочетать в себе оптимальные значения основных параметров. Технической проблемой при производстве СКК МПН КА является достижение баланса оптимальных значений основных параметров.The SCC MPN SC must combine the optimal values of the main parameters. The technical problem in the production of SCC MPN SC 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 данную СКК МПН КА конической формы, переменны по высоте и будут выражены минимально на верхнем торце и максимально на нижнем. Различие в нагрузках на торцах может достигать несколько десятков раз. Конфигурация конической сетчатой оболочки позволяет разместить дополнительное целевое оборудование в зоне полезного груза ракеты-носителя. Угол наклона ребер для данной СКК – это габаритный размер, необходимый для определения возможного количества размещаемого оборудования. В зависимости от требуемых нагрузок, а также прочности и боковой жесткости конструкции при проектировании СКК МПН КА подбирают оптимальное количество спиральных ребер, которые задают боковую жесткость. Наличие кольцевых ребер придает свойство самостабилизации сетчатой оболочке СКК МПН КА. Параметры ребер 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 the design of the configuration and type of the mesh structure depends on the effect of a combination of static and dynamic loads on the structure of a particular spacecraft as a whole and on its position during launch into orbit and subsequent operation. The loads acting on the given SCC of the conical spacecraft MPN are variable in height and will be expressed minimally at the upper end and maximally at the lower end. The difference in loads at the ends can reach several tens of times. The configuration of the conical mesh shell allows additional target equipment to be placed in the payload area of the launch vehicle. The angle of inclination of the ribs for a given SCC is the overall dimension required to determine the possible number of equipment to be placed. Depending on the required loads, as well as the strength and lateral rigidity of the structure, when designing the SCC of the MPN spacecraft, the optimal number of spiral ribs is selected, which set the lateral rigidity. The presence of annular ribs gives the property of self-stabilization to the mesh shell of the SCC MPN SC. The parameters of the ribs are selected to ensure the minimum mass, as well as the required strength and rigidity of the mesh shell structure. The configuration of the mesh shell is determined by a special calculation, while the mesh shell of the SCC spacecraft can be made of a composite material based on high-modulus carbon fiber, using the "wet" winding method.

Таким образом, СКК МПН КА представляет собой оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой конической формы, имеющую анизогридную сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных и кольцевых ребер, с формированием ячеек нескольких типоразмеров, размер которых увеличивается по направлению к основанию. При этом торцы сетчатой оболочки выполнены с интегрированными в структуру усиливающими элементами – шпангоутами, образованными замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения и имеющими нижний и верхний интерфейсы. Thus, the SCC MPN SC is a shell of revolution made of a hollow conical composite material having an anisogrid mesh structure formed by intersecting spiral and annular ribs with the formation of cells of several standard sizes, the size of which increases towards the base. In this case, the ends of the mesh shell are made with reinforcing elements integrated into the structure - frames formed by closed circumferentially rectangular profiles and having lower and upper interfaces.

Из предшествующего уровня техники известны различные конструктивные исполнения адаптеров сетчатой конструкции, выполненной из композиционного материала полой конической формы, которые могут быть использованы при изготовлении изделий авиационной и ракетно-космической техники, с близкой совокупностью признаков по конфигурации сетчатой структуры:From the prior art, various designs of adapters of a mesh structure made of a hollow conical composite material are known, which can be used in the manufacture of products for aviation and rocket and space technology, with a similar set of features for the configuration of the mesh structure:

– Патент РФ № 2148496 «Адаптер в виде сетчатой оболочки вращения из композиционных материалов». Оболочка вращения конической или гиперболической формы содержит набор из спиральных и кольцевых ребер. Ребра выполнены из лент однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим. При этом кольцевые ребра имеют профили поперечных сечений в форме параллелограмма или трапеции. Площадь сечений может возрастать с увеличением диаметра оболочки, а ребра могут быть снабжены внутренними кольцевыми выступами.- RF patent No. 2148496 "Adapter in the form of a mesh shell of rotation made of composite materials." A conical or hyperbolic shell of revolution contains a set of spiral and circular edges. The ribs are made of ribbons of unidirectional threads, fastened with a polymer binder. In this case, the annular ribs have cross-sectional profiles in the form of a parallelogram or a trapezoid. The cross-sectional area can increase with increasing diameter of the shell, and the ribs can be provided with internal annular protrusions.

– Патент РФ № 2189907 «Адаптер в виде сетчатой оболочки вращения из композиционных материалов». Предлагаемый адаптер конической формы образован множеством пересекающихся спиральных и кольцевых ребер из слоев перекрещивающихся лент. Ленты снабжены однонаправленными высокомодульными нитями, а слои скреплены полимерным связующим. При этом оболочка адаптера снабжена меридиональными широкими тонкослойными элементами, равномерно распределенными по 3-4 локальным зонам вдоль ее окружности. Эти элементы расположены между указанными слоями ленточных ребер друг над другом и с перекрытием ячеек между ребрами и скреплены полимерным связующим.- RF patent No. 2189907 "Adapter in the form of a mesh shell of rotation made of composite materials." The proposed conical adapter is formed by a plurality of intersecting spiral and annular ribs from layers of intersecting strips. The tapes are equipped with unidirectional high modulus yarns, and the layers are held together by a polymer binder. In this case, the adapter shell is equipped with meridional wide thin-layer elements, evenly distributed over 3-4 local zones along its circumference. These elements are located between the specified layers of tape ribs one above the other and with overlapping cells between the ribs and are held together by a polymer binder.

– Патент РФ № 2350818 «Адаптер в виде сетчатой оболочки вращения конической формы из полимерных композиционных материалов». Адаптер содержит верхнюю и нижнюю кольцевые полки с множеством пересекающихся спиральных и кольцевых ребер из однонаправленных полимерных волокон и силовые элементы из слоистого пластика, скрепленные послойно с ребрами, расположенные в локальных зонах с перекрытием ячеек между ребрами, локальные зоны расположены, в свою очередь, в зонах приложения к одной из полок сосредоточенных усилий Q, и в этих зонах сосредоточено от 40 до 60% спиральных ребер, выполненных с расстоянием между собой в 2-4 раза меньшим, чем это расстояние для остальных спиральных ребер, с образованием из ромбических минимального размера ячеек массивов, примыкающих к полке и перекрытых слоистым пластиком силовых элементов.- RF patent No. 2350818 "Adapter in the form of a mesh shell of rotation of a conical shape made of polymer composite materials." The adapter contains upper and lower annular shelves with many intersecting spiral and annular ribs made of unidirectional polymer fibers and strength elements made of laminated plastic, bonded in layers with ribs, located in local zones with overlapping cells between the ribs, local zones are located, in turn, in zones application of concentrated forces Q to one of the shelves, and in these zones there are concentrated from 40 to 60% of the spiral ribs, made with a distance between themselves 2-4 times less than this distance for the remaining spiral ribs, with the formation of rhombic minimum cell sizes of the arrays , adjacent to the shelf and covered with laminated plastic power elements.

Недостатком указанных аналогов является несоответствие требуемым расчетным параметрам конфигурации заявляемой СКК МПН КА.The disadvantage of these analogs is the inconsistency with the required design parameters of the configuration of the claimed SSC MPN KA.

Из предшествующего уровня техники также известны различные конструктивные исполнения СКК КА сетчатой конструкции, выполненной из композиционного материала полой цилиндрической формы, которые могут быть использованы при изготовлении изделий авиационной техники, с близкой совокупностью признаков по конфигурации сетчатой структуры:From the prior art, there are also known various designs of the SCC spacecraft of a mesh structure made of a composite material of a hollow cylindrical shape, which can be used in the manufacture of aircraft products, with a similar set of features for 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. - RF patent No. 2475412 "The shell of the compartment of a sealed fuselage of a main plane from a polymer composite material and a method for its manufacture" is made in the form of a laminated skin with a mesh of reinforcing ribs. The grid of reinforcing ribs contains helical ribs with lateral surfaces in the form of surfaces of a straight helicoid of the right course with a turn of these ribs in the area of the compartment end and their transition into helical ribs of the left stroke and vice versa, as well as longitudinal ribs with their U-shaped turn in the zones of the ends of the compartment. The ribs are evenly distributed over the surface of the compartment, formed in layers and made continuous. The ribs are composed of layers of unidirectional strands of polymer composite fibers held together by a polymer binder. On the mesh of the reinforcing ribs, an outer layered skin made of a polymer composite material is formed.

– 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. - RF Patent No. 2392122 "Mesh shell of rotation made of composite materials", formed from layers of systems of intersecting spiral, longitudinal and annular ribbons repeating along the thickness of the shell wall from unidirectional threads fastened with a polymer binder, forming spiral, annular, longitudinal and additional ribs. Additional ribs are oriented longitudinally. Additional ribs are shorter than the generatrix length and are unevenly distributed along the length and perimeter.

Недостатком данных аналогов является отсутствие усиливающих элементов на торцах сетчатых конструкций, например, шпангоутов с интерфейсами, интегрированных в структуру сетчатой оболочки.The disadvantage of these analogs is the absence of reinforcing elements at the ends of the mesh structures, for example, frames with interfaces integrated into the structure of the mesh shell.

Необходимость усиления торцов вызвана обеспечением целостности ребер сетчатой оболочки, а также реализацией возможности стыковки с МСС КА, что предполагает наличие интерфейсов с посадочными местами и отверстиями.The need to strengthen the ends is caused by ensuring the integrity of the ribs of the mesh shell, as well as the implementation of the possibility of docking with the MSS of the spacecraft, which implies the presence of interfaces with seats and holes.

Из предшествующего уровня техники также известны различные конструктивные исполнения СКК сетчатой конструкции, которые предназначены для крепления элементов конструкции КА и представлены в описании ниже.From the prior art, various designs of the SCC of the mesh structure are also known, which are intended for fastening the structural elements of the spacecraft and are presented in the description below.

Патент РФ № 2622304 «Силовая конструкция платформы космического аппарата», 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 (выполнены в виде шпангоутов, изображены на чертежах прототипа). Сетчатая конструкция в данном случае имеет изогридный тип, характеризующийся ячейками одного типоразмера с равномерным размещением их по всему объему оболочки.RF patent No. 2622304 "Power structure of the spacecraft platform", which contains a shell of revolution made of a composite material of a hollow cylindrical shape, having a mesh structure formed by intersecting ribs, while reinforcing elements are fixed at the ends of the mesh shell (made in the form of frames , shown in the prototype drawings). The mesh structure in this case has an isogrid type, characterized by cells of the same standard size with their uniform distribution throughout the entire volume of the shell.

Недостатком аналога является низкая несущая способность изогридной сетчатой оболочки, обусловленная отсутствием кольцевых ребер, что снижает надежность.The disadvantage of the analogue is the low bearing capacity of the isogrid mesh shell, due to the absence of annular ribs, which reduces reliability.

Для обеспечения прочности и жесткости СКК МПН КА целесообразно наличие кольцевых ребер в соответствии с переменным характером действующих комбинированных нагрузок.To ensure the strength and rigidity of the SCC MPN spacecraft, it is advisable to have annular ribs in accordance with the variable nature of the acting combined loads.

Исходя из назначения и наиболее близкой совокупности существенных признаков в качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрана «Силовая конструкция корпуса космического аппарата», известная из описания полезной модели к патенту РФ № 196913, которая содержит оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой цилиндрической формы, имеющую анизогридную сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных и кольцевых ребер с формированием ячеек двух типоразмеров. При этом на торцах сетчатой оболочки закреплены усиливающие элементы – шпангоуты, которые образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения и имеют профилирующие пазы под ребра сетчатой структуры. Based on the purpose and the closest set of essential features as the closest analogue (prototype), the "Power structure of the spacecraft body", known from the description of the utility model to the patent of the Russian Federation No. 196913, was chosen, which contains a shell of revolution made of a composite material of a hollow cylindrical shape, having anisogrid mesh structure formed by the intersection of spiral and annular ribs with the formation of cells of two standard sizes. At the same time, reinforcing elements - frames are fixed at the ends of the mesh shell, which are formed by circumferentially closed rectangular profiles and have profiling grooves for the ribs of the mesh structure.

Недостатками прототипа являются цилиндрическая, а не коническая форма сетчатой оболочки, обусловленная требованиями при проектировании конфигурации к заявляемой СКК МПН КА, а также не соответствующие габаритным размерам интерфейсы.The disadvantages of the prototype are the cylindrical rather than conical shape of the mesh shell, due to the requirements for the design of the configuration for the claimed SCC MPN KA, as well as interfaces that do not correspond to the overall dimensions.

Задачами, на решение которых направлено заявляемое техническое решение являются: совершенствование конструкции СКК МПН КА, повышение надежности, технологичности и степени унификации.The tasks to be solved by the claimed technical solution are: improvement of the design of the SCC MPN SC, increasing the reliability, manufacturability and degree of unification.

Поставленные задачи решаются за счет того, что СКК МПН КА содержит оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой формы, имеющую сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных и кольцевых ребер, с формированием ячеек нескольких типоразмеров, при этом торцы сетчатой оболочки выполнены с интегрированными в структуру усиливающими элементами – шпангоутами, образованными замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения. Сетчатая оболочка имеет коническую форму, а шпангоуты выполнены с нижним и верхним интерфейсами, при этом размер ячеек увеличивается по направлению к шпангоуту с интерфейсом нижним.The tasks are solved due to the fact that the SCC of the MPN SC contains a shell of revolution made of a composite material of a hollow shape, having a mesh structure formed by intersecting spiral and annular ribs, with the formation of cells of several standard sizes, while the ends of the mesh shell are made with integrated into the structure with reinforcing elements - frames formed by closed circumferentially rectangular profiles. The mesh shell has a conical shape, and the frames are made with lower and upper interfaces, while the size of the cells increases towards the frame with the lower interface.

Спиральные ребра 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 по окружности шпангоутов и соединяют их между собой, причем расстояние между спиральными ребрами увеличивается по направлению к шпангоуту с интерфейсом нижним.The spiral ribs are formed by rectangular sections, one half of which is oriented at an angle to the plane of the frames, and the second half is oriented mirrored to the first half, while the spiral ribs are located with an equal angular pitch around the circumference of the frames and connect them to each other, and the distance between the spiral ribs increases along towards the frame with the lower interface.

Кольцевые ребра образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения, ориентированы параллельно плоскости шпангоутов и расположены между шпангоутами с неравным шагом друг от друга с увеличением расстояния по направлению к шпангоуту с интерфейсом нижним.The annular ribs are formed by closed circumferentially rectangular profiles, oriented parallel to the plane of the frames and located between the frames with an unequal pitch from each other with increasing distance towards the frame with the lower interface.

Шпангоуты выполнены с отверстиями.Frames are made with holes.

Интерфейс нижний выполнен в виде накладок, расположенных с равным шагом друг от друга, имеющих П-образный профиль, выполненный с возможностью сопряжения со шпангоутом и фиксацией при помощи клея, при этом накладки выполнены с отверстиями.The lower interface is made in the form of overlays, located at an equal pitch from each other, having a U-shaped profile, made with the possibility of mating with the frame and fixing with glue, while the overlays are made with holes.

Интерфейс верхний представлен в виде хомутов, расположенных на шпангоуте с равным шагом друг от друга, имеющих П-образный профиль, выполненный с возможностью сопряжения со шпангоутом посредством прижимов, при этом хомуты выполнены с отверстиями и бобышками.The upper interface is presented in the form of clamps located on the frame with an equal pitch from each other, having a U-shaped profile, made with the possibility of mating with the frame by means of clamps, while the clamps are made with holes and bosses.

Интерфейс верхний содержит два дополнительных хомута, имеющих П-образный профиль, выполненный с возможностью сопряжения со шпангоутом при помощи клея и болтового соединения.The upper interface contains two additional clamps having a U-shaped profile, made with the possibility of mating with the frame using glue and bolted connections.

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

Техническими результатами при использовании СКК МПН КА с приведенной совокупностью признаков являются:The technical results when using the SCC MPN SC with the given set of features are:

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

– реализация возможности размещения дополнительного целевого оборудования в зоне полезного груза ракеты-носителя посредством конфигурации данной конической сетчатой оболочки;- implementation of the possibility of placing additional target equipment in the payload area of the launch vehicle by means of the configuration of this conical mesh shell;

– достижение оптимальной конструктивной схемы для крепления сотовых панелей и других элементов конструкции, посредством конической формы СКК МПН КА.- achievement of an optimal design scheme for fixing honeycomb panels and other structural elements by means of the conical shape of the SCC MPN KA.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, представленными фигурами 1–7, где:The essence of the utility model is illustrated by drawings represented by Figures 1-7, where:

– на фиг. 1 изображен вид общий СКК МПН КА;- in Fig. 1 shows a view of the general SCK MPN SC;

– на фиг. 2 изображен вид спереди СКК МПН КА;- in Fig. 2 shows a front view of the SCK MPN KA;

– на фиг. 3 изображен выносной элемент А, показанный на фиг. 2 (общий вид интерфейса нижнего СКК МПН КА);- in Fig. 3 shows the detail A shown in FIG. 2 (general view of the interface of the lower SCC MPN SC);

– на фиг. 4 отображен выносной элемент Б, показанный на фиг. 2 (общий вид интерфейса верхнего СКК МПН КА);- in Fig. 4 shows the detail B shown in FIG. 2 (general view of the interface of the upper SCC MPN SC);

– на фиг. 5 изображен разрез В-В, показанный на фиг 3;- in Fig. 5 shows a section B-B shown in FIG. 3;

– на фиг. 6 отображен разрез Г-Г, показанный на фиг. 4;- in Fig. 6 shows the section G-G shown in FIG. four;

– на фиг. 7 изображен разрез Д-Д, показанный на фиг. 4.- in Fig. 7 shows a section D-D shown in FIG. four.

СКК МПН КА содержит оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой формы, имеющую сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных и кольцевых ребер 1, 2, с формированием ячеек нескольких типоразмеров, при этом торцы сетчатой оболочки выполнены с интегрированными в структуру усиливающими элементами – шпангоутами 3, 4, образованными замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения. Сетчатая оболочка имеет коническую форму, а шпангоуты 3, 4 выполнены с нижним и верхним интерфейсами, при этом размер ячеек увеличивается по направлению к шпангоуту 4 с интерфейсом нижним.SCC MPN SC contains a shell of revolution made of a composite material of a hollow shape, having a mesh structure formed by intersecting spiral and annular ribs 1, 2, with the formation of cells of several standard sizes, while the ends of the mesh shell are made with reinforcing elements integrated into the structure - frames 3, 4, formed by closed circumferentially rectangular profiles. The mesh shell has a conical shape, and the frames 3, 4 are made with lower and upper interfaces, while the size of the cells increases towards the frame 4 with the lower interface.

Спиральные ребра 1 образованы профилями прямоугольного сечения, одна половина которых ориентирована под углом к плоскости шпангоутов 3, 4, а вторая половина ориентирована зеркально первой половине, при этом спиральные ребра 1 расположены с равным угловым шагом по окружности шпангоутов 3, 4 и соединяют их между собой, причем расстояние между спиральными ребрами 1 увеличивается по направлению к шпангоуту 4 с интерфейсом нижним.Spiral ribs 1 are formed by rectangular profiles, one half of which is oriented at an angle to the plane of frames 3, 4, and the second half is oriented mirror-like to the first half, while spiral ribs 1 are located with an equal angular pitch around the circumference of frames 3, 4 and connect them together , and the distance between the spiral ribs 1 increases towards the frame 4 with the lower interface.

Кольцевые ребра 2 образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения, ориентированы параллельно плоскости шпангоутов 3, 4 и расположены между шпангоутами 3, 4 с неравным шагом друг от друга с увеличением расстояния по направлению к шпангоуту 4 с интерфейсом нижним.The annular ribs 2 are formed by closed circumferentially rectangular profiles, oriented parallel to the plane of the frames 3, 4 and located between the frames 3, 4 with an unequal pitch from each other with increasing distance towards the frame 4 with the lower interface.

Шпангоуты 3, 4 выполнены с отверстиями.Frames 3, 4 are made with holes.

Интерфейс нижний выполнен в виде накладок 5, расположенных с равным шагом друг от друга, имеющих П-образный профиль, выполненный с возможностью сопряжения со шпангоутом 4 и фиксацией при помощи клея, при этом накладки 5 выполнены с отверстиями.The lower interface is made in the form of overlays 5, located with an equal pitch from each other, having a U-shaped profile, made with the possibility of mating with the frame 4 and fixing with glue, while the overlays 5 are made with holes.

Интерфейс верхний представлен в виде хомутов 6, расположенных на шпангоуте 3 с равным шагом друг от друга, имеющих П-образный профиль, выполненный с возможностью сопряжения со шпангоутом 3 посредством прижимов 7, при этом хомуты 6 выполнены с отверстиями и бобышками.The upper interface is presented in the form of clamps 6 located on the frame 3 with an equal pitch from each other, having a U-shaped profile made with the possibility of mating with the frame 3 by means of clamps 7, while the clamps 6 are made with holes and bosses.

Интерфейс верхний содержит два дополнительных хомута 8, имеющих П-образный профиль, выполненный с возможностью сопряжения со шпангоутом 3 при помощи клея и болтового соединения.The upper interface contains two additional clamps 8 having a U-shaped profile, made with the possibility of mating with the frame 3 using glue and bolted connections.

СКК КА изготавливается с учетом требований к конструкции с использованием технологии изготовления методом «мокрой» намотки угольной нити, пропитанной эпоксидным связующим.SCK KA is manufactured taking into account the design requirements using the manufacturing technology by the method of "wet" winding of 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 a process of manufacturing high-strength reinforced products, the shape of which is determined by the rotation of arbitrary generatrices. In this method, the reinforcing material (carbon filament) is laid along a predetermined path on 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. The winding method is used to form products that operate under specific loading conditions, such as internal or external pressure, compressive or torsional loads. Products are designed and manufactured with a high degree of precision.

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 made from traditional materials. First of all, this is increased strength with a low dead weight, which allows you to achieve an optimal ratio of the structure weight to the payload. Other advantages of the winding method are:

– быстрый и поэтому экономически выгодный метод укладки армирующего мате-риала;- 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 casings of complex configuration.

Ребра сетчатой оболочки выполнены из углеродной нити марки M46J и связующего ЭХД-МД. СКК КА характеризуется следующими параметрами:The ribs of the mesh shell are made of M46J carbon fiber and EKhD-MD binder. SCK spacecraft is characterized by the following parameters:

– высота ребер 15 мм;- rib height 15 mm;

– толщина спиральных, кольцевых, продольных, дополнительных кольцевых и продольных ребер – от 3 до 5 мм;- thickness of spiral, annular, longitudinal, additional annular and longitudinal ribs - from 3 to 5 mm;

– угол ориентации спиральных ребер относительно образующей варьируется от 40 до 75°.- the angle of orientation of the spiral ribs relative to the generatrix varies from 40 to 75 °.

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 различного целевого назначения.The use 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 SCC for spacecraft for various purposes.

Claims

1. The power structure of the housing of the payload module of the spacecraft, containing the shell of revolution, made of a composite material of hollow shape, having a mesh structure formed by the intersection of spiral and annular ribs, with the formation of cells of several standard sizes, while the ends of the mesh shell are made with integrated into the structure with reinforcing elements - frames formed by circumferentially closed rectangular profiles, characterized in that the mesh shell has a conical shape, and the frames are made with lower and upper interfaces, while the size of the cells increases towards the frame with the lower interface.

2. The structural structure of the hull according to claim 1, characterized in that the spiral ribs are formed by rectangular cross-section profiles, one half of which is oriented at an angle to the plane of the frames, and the second half is oriented mirrored to the first half, while the spiral ribs are located with an equal angular pitch along the circumference frames and connect them together, and the distance between the spiral ribs increases towards the frame with the lower interface.

3. The body structure according to claim 1, characterized in that the annular ribs are formed by circumferentially closed rectangular profiles, oriented parallel to the plane of the frames and located between the frames with an unequal pitch from each other with increasing distance towards the frame with the lower interface.

4. The body structure of claim. 1, characterized in that the frames are made with holes.

5. The power structure of the body according to claim 1, characterized in that the lower interface is made in the form of overlays located at an equal pitch from each other, having a U-shaped profile, made with the possibility of mating with the frame and fixing with glue, while the overlays made with holes.

6. The power structure of the body according to claim 1, characterized in that the upper interface is presented in the form of clamps located on the frame with an equal pitch from each other, having a U-shaped profile made with the possibility of mating with the frame by means of clamps, while the clamps are made with holes and bosses.

7. The power structure of the body according to claim 6, characterized in that the upper interface contains two additional clamps having a U-shaped profile made with the possibility of mating with the frame using glue and bolted connections.

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