Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Определение эффективной силы светового давления на деформированный роторный солнечный парус

# 06, июнь 2016
DOI: 10.7463/0616.0842316
Файл статьи: S&E-BMST...o129.pdf (399.28Кб)
авторы: Зимин В. Н.1, Неровный Н. А.1,*

УДК 629.7.031.7

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

В работе представлен обзор литературы по солнечным парусам, из которого следует, что данная тема является актуальной и активно развивается различными исследователями из разных стран мира.
Указывается, что важную роль играет изучение различных несовершенств, которые бы влияли на характеристики реальных солнечных парусов по сравнению с идеальными модельными.
В начале статьи записаны дифференциальные уравнения равновесия лопасти роторного солнечного паруса в постановки малых деформаций.
Лопасть нагружена световым давлением и центробежными силами, закреплена одним концом у оси вращения, другой конец является свободным.
Получено дифференциальное уравнение для прогиба лопасти.
Данное уравнение решено в постановке, что коэффициент отражения не зависит от напряжений.
Функция прогиба записывается в простой аналитической постановке.
Также дифференциальное уравнение для поперечного прогиба лопасти паруса решено аналитически в постановке линейной зависимости коэффициента отражения от растягивающих напряжений.
Результаты, полученные в обеих постановках, сравниваются по максимальной величине прогиба лопасти роторного солнечного паруса.
Доказывается, что максимальное различие в величине прогиба достигается на концевом сечении.
Получено аналитическое выражение для относительного изменения максимального прогиба лопасти роторного паруса.
Построен график данной зависимости для лопасти перспективного солнечного паруса длиной 1000м из материала ПЭТФ, который рассмотрен в линейно-упругой постановке.
Для вычисления проекции главного вектора светового давления на ось вращения введена гипотеза, что уменьшение коэффициента отражения материала в точности соответствует увеличению коэффициента пропускания, и наоборот.
С учетом данной гипотезы для материала ПЭТФ найден коэффициент пропорциональности, показывающий снижение коэффициента отражения с ростом продольных напряжений.
Записано выражение для бесконечно малой силы светового давления на элемент лопасти роторного солнечного паруса в проекции на ось вращения.
Данное выражение численно проинтегрировано в двух постановках, для идеального и для неидеального солнечного паруса.
Получено числовое значение, характеризующие уменьшение проекции главного вектора силы светового давления для неидеального солнечного паруса.
На основе анализа источников показано, что полученная разница в величине светового давления является существенной и может привести к изменению баллистических характеристик солнечных парусов.

Список литературы
  1. Трофимов С.П. Динамически инвариантное масштабирование массогабаритных параметров каркасных парусных систем. М., 2015. № 31. 16 с. (Препринт / РАН, Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша)
  2. Трофимов С.П. Увод малых космических аппаратов с низких околоземных орбит: дис. ... канд. физ.-мат. наук. М.: Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, 2015. 125 с.
  3. Боровин Г.К., Захваткин М.В., Степаньянц В.А., Тучин А.Г. Определение и прогнозирование параметров движения космической миссии «Радиоастрон» // Mathematica Montisnigri. 2014. Т. XXX. С. 76–98.
  4. Kislov N. Variable Reflectance / Transmittance Coatings for Solar Sail Altitude Control and Three Axis Stabilization // AIP Conf. Proc. 2004. Vol. 699,. P.103–111. DOI: 10.1063/1.1649563
  5. Шматов С.И., Мордвинкин А.С. Комбинированная система компенсации возмуща- ющего момента от солнечного давления для геостационарного спутника // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2013. Т. 19, № 3. С. 30–36.
  6. Чумаченко Е.Н., Малашкин А.В., Федоренко А.Н. Моделирование использования солнечного ветра для орбитальных маневров космических аппаратов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2011. Т.7. № 11-2. С. 71–75.
  7. Чумаченко Е.Н., Данхэм Д.У., Назиров Р.Р., Кулагин В.П., Малашкин А.В., Эй- смонт Н.А., Федоренко А.Н. О задаче моделирования и управления шарообразны- ми космическими парусами // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2011. № 4. С. 1044–1052.
  8. Назиров Р.Р., Эйсмонт Н.А., Чумаченко Е.Н., Данхэм Д.У., Логашина И.В., Фе- доренко А.Н. Управление группировкой космических аппаратов в окрестности Солнечно-Земных коллинеарных точек либрации с помощью солнечного паруса // Вестник машиностроения. 2013. № 02. С. 43–46.
  9. Чумаченко Е.Н., Назиров Р.Р., Данхэм Д.У., Федоренко А.Н. Управление космическими аппаратами с помощью солнечного излучения // Космические исследования. 2014. Т. 52, № 3. С. 257–263.
  10. Артюшкин В.И., Малашкин А.В. Математическое моделирование конструкции солнечных парусов системы ориентации орбитального космического аппарата // Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2015. № 18. С. 174– 177.
  11. Артюшкин В.И. Орбитальная ориентация космических аппаратов с помощью сфе- рических солнечных парусов // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов НИУ ВШЭ им. Е.В. Арменского: Материалы конференции. М.: Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ, 2015. С. 12.
  12. Bobylev A.V., Yaroshevskii V.A., Zashchirinskii A.M., Pichkhadze K.M. Experimental Flight of a Spacecraft with Solar Sail // Cosmic Research. 2003. Vol. 41, Iss. 6. P. 612– 627. DOI: 10.1023/B:COSM.0000007961.72706.cd
  13. Дегтярь В.Г. Использование практических пусков БРПЛ для научных исследований и создания новых технологий // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2015. № 3(29). С. 64–68.
  14. Хабибуллин Р.М. Исследование потенциально-опасных астероидов с помощью малого космического аппарата с солнечным парусом // Научные исследования в со- временном мире: Международная (заочная) научно-практическая конференция: материалы / Под ред. Д.А. Ефремова. Нефтекамск.: НИЦ «Наука и образование», 2015. С. 22–28.
  15. Рожков М.А., Старинова О. Л. Освещение поверхности марса с помощью солнечно- го паруса // XIII Королёвские чтения: Международная молодёжная научная конференция: сборник трудов. Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет имени С.П. Королёва (НИУ), 2015. С. 51–52.
  16. Райкунов Г.Г., Комков В.А., Мельников В.М., Харлов Б.Н. Центробежные бескаркасные крупногабаритные космические конструкции. М.: АНО Физматлит, 2009. 448 с.
  17. Spencer H., Carroll K.A. Real Solar Sails are Not Ideal, and Yes It Matters // Advances in Solar Sailing / Ed. by M. Macdonald. Springer Berlin Heidelberg, 2014. Springer Praxis Books. P. 921–940.
  18. Rios-Reyes L., Scheeres D.J. Generalized Model for Solar Sails // Journal of Spacecraft and Rockets. 2005. Vol. 42, №1. P. 182–185. DOI: 10.2514/1.9054
  19. Scheeres D.J. The dynamical evolution of uniformly rotating asteroids subject to YORP // Icarus. 2007. Vol. 188, №2. P. 430–450. DOI: 10.1016/j.icarus.2006.12.015
  20. McMahon, J.W., Scheeres D.J. New Solar Radiation Pressure Force Model for Navigation // Journal of Guidance, Control and Dynamics. 2010. Vol. 33, №5. P.1418– 1428. DOI: 10.2514/1.48434
  21. McMahon, J.W., Scheeres D.J. General Solar Radiation Pressure Model for Global Positioning System Orbit Determination // Journal of Guidance, Control and Dynamics. 2014. Vol. 37. №1. P. 325–330. DOI: 10.2514/1.61113
  22. McMahon, J.W., Scheeres D.J. Improving Space Object Catalog Maintenance Through Advances in Solar Radiation Pressure Modeling // Journal of Guidance, Control and Dynamics. 2015. Vol. 38. №8. P. 1366–1381. DOI: 10.2514/1.G000666
  23. Неровный Н.А., Зимин В.Н. Об определении силы светового давления на солнечный парус с учетом зависимости оптических характеристик материала паруса от механических напряжений // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. 2014. № 3 (96). С. 61–78.
  24. Зимин В.Н., Неровный Н.А. Анализ влияния зависимости коэффициента отражения материала лопасти роторного солнечного паруса от механических напряжений на его деформированную форму // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2015. № 1. С. 11–16. DOI: 10.18698/0536-1044-2015-11-171-17
  25. Зимин В.Н., Неровный Н.А. К расчету главного вектора и главного момента сил светового давления на солнечный парус // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер.“Машиностроение”. 2016. № 1 (106). С. 17–28. DOI: 10.18698/0236-3941-2016-1-17-28
  26. Попов А.С., Тененбаум С.М. Определение допустимого момента дораскручивания роторного солнечного паруса // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 12. С. 197–218. DOI: 10.7463/1212.0493439
  27. Тененбаум С.М. Математическая модель сматывания нити с катушки // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 5. С. 102–120. DOI: 10.7463/0514.0704634
  28. Agag T., Koga T., Takeichi T. Studies on thermal and mechanical properties of polyimide–clay nanocomposites // Polymer. 2001. Vol. 42, no. 8. P. 3399–3408. DOI: 10.1016/S0032-3861(00)00824-7
  29. Мураева О.А., Панаетова Т.Д. О влиянии металлизации на деформационно-прочностные и микроскопические свойства пленок ПЭТФ и ПМ // Коммунальное хозяйство городов. 2013. № 110. С. 118–125.
  30. McInnes C.R. Solar Sailing: Technology, Dynamics and Mission Applications. Springer Science & Business Media, 2004. 332 p.
  31. Зуев В.В., Успенская М.В., Олехнович А.О. Физика и химия полимеров. СПб.: СПбГУ ИТМО. 2010. 48 с.
  32. Табаев Б.В., Хлесткин Р.Н., Масленников Е.И. Особенности кристаллизации аморфного полиэтилентерефталата в твердой фазе в условиях механических де- формаций // Башкирский химический журнал. 2010. Т. 17, № 4. С. 29–31.
  33. Wolfram Research, Inc., Mathematica, Version 9.0, Champaign, Illinois, USA. 2012.
  34. Dachwald B., Seboldt W., Macdonald M., Mengali G., Quarta A.A., McInnes C.R., Rios-Reyes L., Scheeres D.J., Wie B., G¨orlich M. Potential solar sail degradation effects on trajectory and attitude control // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit. Vol. 6172. 2005. 21 p.
  35. Rachkin D., Tenenbaum S., Dmitriev A., Nerovnyy N., Kotsur O., Vorobyov A. 2- blades deploying by centrigugal force solar sail experiment (IAC-11,E2,3,8,x9437) // Proceedings of 62nd International Astronautical Congress. Cape Town, SA, 2011. P. 9128–9142.
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2017 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)