Метод контроля усилия натяжения металлотрикотажного сетеполотна на крупногабаритных рефлекторах антенн

Полный текст

Введение

Создание принципиально новых трансформируемых антенн для космических аппаратов потребовало разработки сетеполотна с тактико-техническими показателями, обеспечивающими наибольший коэффициент отражения СВЧ-излучения при минимальном усилии растяжения, минимальной удельной массе и максимальной изотропности механических и радиотехнических свойств [1–3].

К отражательной поверхности антенн космических систем связи предъявляются специфические эксплуатационные требования, одним из которых является максимальная радиоотражающая способность при минимальных усилиях силового каркаса [4].

Проблема создания отражательной поверхности решена за счет разработки новых металлотрикотажных сетеполотен из гальванически золоченой проволоки, которые наиболее полно отвечают заявленным требованиям по коэффициенту отражения ³ 98 %.

Необходимый коэффициент отражения антенны зависит, в том числе, от величины и равномерности натяжения сетеполотна по всему диаметру апертуры рефлектора в рабочем положении.

В данной статье рассматриваются применяемые на предприятии АО «РЕШЕТНЁВ» методы для измерения и контроля величины натяжения сетеполотна крупногабаритных трансформируемых рефлекторов антенн, а также предложен новый метод контроля.

Формирование и контроль профиля поверхности радиоотражающих рефлекторов

Для формирования радиоотражающей поверхности крупногабаритных рефлекторов используется вольфрамовое и молибденовое сетеполотно с золотым покрытием.

Для обеспечения заданного коэффициента радиоотражения при раскрытии антенны необходимо обеспечение определенного профиля радиоотражающей поверхности [5; 6].

При создании профиля для исключения провисания сетеполотна между силовыми спицами, сетеполотно должно иметь натяжение, которое выбрано после проведения в АО «РЕШЕТНЁВ» комплекса испытаний в соответствии с табл. 1.

 

Таблица 1.Требуемая величина рабочего усилия натяжения сетеполотнадля различных марок сетеполотен 

Марка сетеполотна	Рабочее усилие натяжения, г/см
СМеТ-ЗлВ15х2(А+А)	5 ± 1
СМеТ-ЗлВ15х2(Т+С)	11 ± 1
СМеТ-ЗлМо20х1(А+А)	2 ± 1

 

Конструкторской документацией на трансформируемые рефлекторы и сетеполотно предусмотрен контроль усилия натяжения сетеполотна [7; 8]:

– на стадии раскроя сетеполотна;

– на объемном шаблоне при разметке сетеполотна;

– в составе рефлектора на различных этапах изготовления.

Количество точек контроля зависит от диаметра антенны и составляет от нескольких десятков до нескольких сотен.

 

Анализ методов измерения и контроля усилия натяжения для обеспечения радиоотражающих параметров рефлектора

На сегодняшний день в АО «РЕШЕТНЁВ» отработаны и применяются в производстве следующие методы измерения и контроля натяжения:

– метод контроля усилия натяжения по плотности петель в сетеполотне, основанный на подсчете петель по цифровым фотографиям на всех стадиях работы с сетеполотном [9–12];

– метод контроля усилия натяжения путем измерения глубины прогиба сетеполотна при воздействии физической силой на поверхность сетеполотна [13–15].

Так же был предложен и исследован метод резонанса. Метод основан на влиянии воздействия звуковых волн разной частоты на сетеполотно до момента, пока частота волны от внешнего источника не совпадет с собственной частотой свободных колебаний сетеполотна, что приведет к возникновению резонанса. Так, в зависимости от силы натяжения сетеполотна меняется и собственная частота свободных колебаний, что также изменяет и резонансные пики, возникающие при совпадении с частотой звуковых волн от внешнего источника. Моменты возникновения резонансных пиков фиксировались датчиками, расположенными на сетеполотне, а значения с датчиков выводились на мультиметр в милливольтах и были пропорциональны усилию натяжения, приложенному к сетеполотну [16].

Анализ результатов исследования указанных методов показал, что устройство для измерения глубины прогиба сетеполотна позволяет проводить контроль только на столе для раскроя сетеполотна и не приспособлено для контроля сетеполотна в составе рефлектора.

Метод контроля усилия натяжения по плотности петель в сетеполотне не обеспечивает требуемую точность контроля. Основная причина – необходимость постоянного обеспечения перпендикулярного положения объектива фотокамеры относительно поверхности сетеполотна, что не является возможным из-за сферического расположения сетеполотна на рефлекторе. Кроме того, этот метод не обеспечивает оперативности измерения.

Метод, основанный на влиянии воздействия звуковых волн, применим только на стадиях раскроя и изготовления отдельных сегментов сетеполотна. Применение метода непосредственно на рефлекторе не выполнимо по причине нетехнологичности.

 

Метод, основанный на локальном деформировании сетеполотна силой давления втягиваемого воздуха через его поверхность

В связи с недостатками приведенных методов, предложен новый метод контроля усилия натяжения сетеполотна, основанный на локальном деформировании сетеполотна силой давления втягиваемого воздуха через его поверхность.

Принцип действия метода заключается в измерении силы давления втягиваемого воздуха, воздействующего на сетеполотно в момент достижения необходимого прогиба сетеполотном.

Для подтверждения работоспособности метода проведены испытания на исследование влияния усилия натяжения сетеполотна на силу давления втягиваемого воздуха через его поверхность до достижения прогиба на сетеполотне.

Для проведения исследования была собрана конструкция, имитирующая натяжение сетеполотна на каркасе рефлектора.

Схема конструкции приведена на рис. 1. В исследовании было использовано сетеполотно (1) размером 17´17 см, жестко закреплённое на прямоугольной раме с двух перпендикулярных сторон (2). На две другие стороны равномерно подвешивались грузы (3), создавая равномерную растягивающую нагрузку на сетеполотно. Для чистоты эксперимента на сетеполотне была выбрана одна исследуемая область в центре сетеполотна (4), так как в ней максимально равномерно распределено усилие натяжения.

 

 

Рис. 1. Сетеполотно с равномерной распределенной нагрузкой: 1 – сетеполотно; 2 – жесткое крепление; 3 – грузы; 4 – исследуемая область

Fig. 1. Mesh with evenly distributed load: 1 – mesh; 2 – rigid fastening; 3 – loads; 4 – research area

 

Для проведения испытаний данного метода, был создан прототип устройства контроля усилия натяжения.

Принципиальная схема устройства показана на рис. 2.

Принцип работы устройства заключается в следующем: крыльчатка вентилятора (1), расположенная внутри впускного патрубка (3) и установленная на электропривод (2), который подключен к источнику питания (9) через блок управления вентилятором (7), создает обратный поток воздуха. Торцевой стороной впускного патрубка (3) касаются сетеполотна и с помощью ручки регулирующего потенциометра (8), расположенного на блоке управления вентилятором (7), регулируют силу втягиваемого потока воздуха до момента возникновения на сетеполотне прогиба (11)

 

 

Рис. 2. Схема устройства для контроля усилия натяжения: 1 – крыльчатка вентилятора; 2 – электропривод вентилятора; 3 – впускной патрубок диаметром 10 мм; 4 – контактная группа; 5 – цифровой дисплей; 6 – контрольный светодиод; 7 – блок управления вентилятором; 8 – регулирующий потенциометр; 9 – источник питания; 10 – кольцевой контакт патрубка с полотном; 11 – величина прогиба полотна

Fig. 2. The scheme of the device for measuring and controlling the tension force: 1 – fan impeller; 2 – electric fan drive; 3 – inlet pipe with a diameter of 10 mm; 4 – contact group; 5 – digital display; 6 – control LED; 7 – fan control unit; 8 – regulating potentiometer; 9 – power supply; 10 – annular contact of the pipe with the web; 11 – the deflection value of the metal mesh

 

При достижении достаточной силы давления потока воздуха, происходит запитывание между контактной группой (4) и сетеполотном. В момент запитывания загорается контрольный светодиод (6), что служит сигналом для снятия показаний с цифрового дисплея (5), который показывает напряжение на регулирующем потенциометре (8).

Показания цифрового дисплея пропорциональны силе втягиваемого потока воздуха, воздействующего на сетеполотно.

Таким образом, было проведено 5 испытаний для нагрузок 0, 50, 100, 150 и 200 г на сторону сетеполотна. В каждом испытании для подтверждения результатов и уменьшения погрешности проводилось по 3 измерения.

Результаты зависимости силы втягиваемого потока воздуха от усилия натяжения сетеполотна приведены в табл. 2.

 

Таблица 2. Результаты зависимости силы втягиваемого потока воздуха от усилия натяжения сетеполотна

№ исп.	Суммарная масса грузов на сторону (m), г	Усилие натяжения на сторону (σ), г/см	Показания цифрового индикатора, мВ			Средние значения по всем измерениям, мВ
			1 изм.	2 изм.	3 изм.
1	0	0	459	460	465	461,3
2	50	2,9	465	465	470	466,6
3	100	5,8	470	471	473	471,3
4	150	8,8	472	476	479	475,6
5	200	11,7	475	479	481	478,3

 

По результатам проведенного исследования установлена зависимость усилия натяжения сетеполотна от силы втягиваемого потока воздуха через поверхность сетеполотна (рис. 3).

 

Рис. 3. Зависимость силы втягиваемого воздуха через поверхность сетеполотна от усилия натяжения, приложенного к сетеполотну

Fig. 3. The dependence of the force of the drawn air through the metal mesh surface on the tension force applied to the metal mesh

 

Как видно из графика зависимости, чем больше усилие натяжение приложено к сетеполотну, тем большую силу втягиваемого воздуха необходимо приложить, чтобы запитать контакт между контактной группой и сетеполотном.

 

Заключение

По результатам проведенного исследования установлена зависимость усилия натяжения, приложенного к сетеполотну, от силы втягиваемого воздуха, воздействующего на его поверхность.

Необходимо отметить, что для использования данного метода необходимо провести настройку устройства перед его эксплуатацией. Для этого проводится калибровка и тарировка устройства контроля усилия натяжения на эталонном образце сетеполотна для каждой марки сетеполотна. При этом составляется градуировочная таблица с зависимостью усилия натяжения от показаний цифрового индикатора для каждого значения усилия натяжения.

Данный метод нуждается в проведении дополнительных исследований и доработке в части увеличения точности получения показаний с устройства и облегчения конструкции устройства, однако он имеет хорошие перспективы для дальнейшего внедрения в производство, так как в отличие от других методов позволяет измерять усилие натяжения сетеполотна на сферической поверхности, выдавая при этом конкретные цифровые значения.

Об авторах

Евгения Александровна Грачева

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» (АО «РЕШЕТНЁВ»); Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

Автор, ответственный за переписку.
Email: grachevaea@iss-reshetnev.ru

инженер, аспирант

Россия, Красноярск; Красноярск

Федор Константинович Синьковский

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» (АО «РЕШЕТНЁВ»)

Email: sfk@iss-reshetnev.ru

заместитель директора – главный конструктор отраслевого центра крупногабаритных трансформируемых механических систем

Россия, Красноярск

Список литературы

Дополнительные файлы