Обеспечение динамического состояния прямолинейных волноводных трактов при нагреве с помощью расстановки опор

DOI: 10.34759/vst-2021-4-92-105

Авторы

Кудрявцев И. В.

Сибирский федеральный университет, Свободный пр., 79, Красноярк, 660041, Россия

e-mail: ikudryavcev@sfu-kras.ru

Аннотация

Волноводные тракты являются неотъемлемыми узлами СВЧ-устройств в космической технике и, помимо заданных радиотехнических параметров, требуют обеспечения их динамического состояния с учетом нагрева. Одними из важнейших параметров, определяющих динамическое поведение протяженной конструкции волновода при совместном воздействии вынужденных колебаний и нагреве, являются значения первой собственной частоты колебаний и критическая температура потери устойчивости. В данной статье рассмотрены вопросы управления первой собственной частотой колебаний и критической температурой применительно к прямолинейным волноводным трактам космических аппаратов с помощью разработанной методики обоснованного выбора расстановки опор. Предложены методики решения прямой и обратной задачи, позволяющие как определять первую собственную частоту колебаний и критическую температуру при заданных закреплениях, так и выбирать схему расстановки опор, которые обеспечат эти параметры динамического состояния волновода. По разработанным методикам выполнен расчет прямолинейного волноводного тракта и сделаны сравнительные численные расчеты в пакете прикладных программ (ППП) Ansys для стержневой и оболочечной моделей, которые показали хорошую сходимость результатов. Разработанные методики имеют общий характер и могут быть использованы как при проверочном расчете, так и при проектировании любых прямолинейных стержневых конструкций для управления их динамическим состоянием посредством расстановки опор.

Ключевые слова:

волноводные тракты КА, собственные колебания и устойчивость волновода при нагреве, нормирование коэффициентов опор, аналитический выбор способа закрепления волноводов, верификация методом конечных элементов

Библиографический список

1. Воскресенский Д.И., Гостюхин В. Л., Максимов В. М., Пономарев Л. И. Устройства СВЧ и антенны. — М.: Радиотехника, 2016. — 560 с.
2. Хайрнасов К.З. Моделирование и тепловой анализ электронных устройств космических аппаратов // Вестник Московского авиационного института. 2013. Т. 20. № 3. С. 134-138.
3. Воробьев И.Н., Гришанина Т.В., Шклярчук Ф.Н. Нелинейные колебания спутника с упругим тонкостенным стержнем при солнечном нагреве // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19. № 3. С. 160-169.
4. Кудрявцев И.В., Минаков А.В., Митяев А.Е. Влияние передачи сверхвысокочастотных сигналов большой мощности на термоупругое состояние волновода // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2019. № 4. С. 29-37. DOI: 10.1134/S0235711919040102
5. Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Халиманович В.И., Наговицин В.Н. Анализ динамического состояния волноводно-распределительных систем от воздействия вибрационных нагрузок на этапе вывода космического аппарата на орбиту // Журнал СФУ. Серия: Техника и технологии. 2012. № 2. С. 205-219.
6. Ильин М.М., Колесников К.С., Саратов Ю.С. Механика в техническом университете. Т.4. Теория колебаний. — М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. — 272 с.
7. Алфутов Н.А., Колесников К.С. Механика в техническом университете. Т.3. Устойчивость. — М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. — 256 с.
8. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний. — М.: РХД, 2009. — 414 с.
9. Бабаков И.М. Теория колебаний. — М.: Дрофа, 2004. — 591 с.
10. Блехман И.И. Вибрационная механика. — М.: Физматлит, 1994. — 400 с.
11. Доев В.С. Поперечные колебания балок. — М.: КНОРУС, 2016. — 412 с.
12. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. — М.: Ленанд, 2017. — 256 с.
13. Стрелков С.П. Введение в теорию колебаний. — СПб.: Лань, 2021. — 440 с.
14. Магнус К. Колебания. — М.: Мир, 1982. — 304 с.
15. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. — М.: Машиностроение, 1985. — 472 с.
16. Тимошенко С.П. Прочность и колебания элементов конструкций. — М.: Наука, 1975. — 704 с.
17. Хазанов Х.С. Механические колебания систем с распределенными параметрами. — Самара: СГАУ, 2002. — 80 с.
18. Яблонский А. А., Норейко С.С. Курс теории колебаний. — СПб.: Лань, 2003. — 256 с.
19. Клаф Р., Пензиен Дж. Динамика сооружений. — М.: Стройиздат, 1979. — 320 с.
20. Смирнов А.Ф., Александров А.В., Лащеников Б.Я., Шапошников Н.Н. Строительная механика. Динамика и устойчивость сооружений. — М.: Стройиздат, 1984. — 414 с.
21. He J., Fu Z. Modal Analysis. — Delphi: Butterworth-Heinemann, 2001. — 305 p.
22. Beards C.F. Engineering vibration analysis with application to control systems. — London: Edward Arnold, 1995. — 426 p.
23. Barez F. Dynamic systems vibration and control. — San Jose: SJSU, 2018. — 283 p.
24. Benaroya H., Nagurka M., Han S. Mechanical vibration. — London: CRC Press, 2017 — 579 p.
25. Genta G. Vibration dynamics and control. — Torino: Springer, 2009. — 806 p.
26. Magrab E.B. Vibrations of elastic systems. — New York: Springer, 2012. — 489 p.
27. Timoshenko S.P. Vibration problems in engineering. — New York: D.Van Nostrand company, 1937. — 476 p.
28. Moaveni S. Finite element analysis. Theory and application with Ansys. — Croydon: Pearson, 2015. — 928 p.
29. Stolarski T., Nakasone Y., Yoshimoto S. Engineering analysis with Ansys Software, Kidlington: Butterworth-Heinemann, 2018. — 550 p.
30. Lee H.H. Finite element simulations with Ansys Workbench 18. — Taiwan: SDC Publication, 2018. — 610 p.
31. Биргер И.А. Прочность, устойчивость, колебания. Т.3. — М.: Машиностроение, 1988. — 567 с.
32. Blevins R.D. Formulas for dynamics, acoustics and vibration. — Chichester: John Wiley & Sons Ltd, 2016. — 448 p.
33. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. — М.: МГТУ, 1999. — 592 с.
34. Mityaev A.E., Kudryavtsev I.V., Khomutov M.P., Brungardt M.V., Rabetskaya O.I. Mutual influence of the supports stiffness and the first natural frequency at bending vibrations of a spring-hinged beam // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vol. 1155. 012099. DOI:10.1088/1757-899X/1155/1/012099