ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА КОРПУСА ИЗДЕЛИЯ, ПРИМЕНЯЕМОГО В БОРТОВОЙ КОСМИЧЕСКОЙ РАДИОАППАРАТУРЕ, С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ МАССОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

АННОТАЦИЯ

Представлены результаты подбора материала рамки для устройства измерительных преобразователей, предназначенного для применения в блоке электроники аккумуляторных батарей. Выбор материала произведён на основании его массовых, прочностных, а также тепловых характеристиках.

Ключевые слова: космический аппарат, материал, удельный вес, устройство измерительных преобразователей.

Космические радиоэлектронные оборудования, в отличии от других отраслей, находятся в наиболее тяжелых условиях. При проектировании такого оборудования необходимо учитывать все эти условия, такие как:

- нахождение в вакууме (пониженное давление до 10^-6 мм. рт. ст.);

- вибрационное и ударное воздействие;

- радиационные излучения;

- отвод тепла в условиях вакуума.

Одной из главных характеристик в космических аппаратах, является вес. При достижении необходимых тепловых, прочностных и прочих характеристик, необходимых для стабильной работы в условиях космоса, а так же для нормального запуска аппарата в космос, остаётся лишь уменьшать вес изделия различными конструктивными способами.

Цель данной работы заключается в снижении массовых характеристик изделия без значительных потерь в тепловых и прочностных характеристиках.

В настоящее время, в устройстве измерительных преобразователей применяется рамка из алюминиевого сплава АМг6.

Таблица 1.

Физико-механические характеристики материалов

Согласно техническому заданию на изделие, максимальная температура печатного узла не должна превышать 60 ℃.  Для теплового анализа, и анализа на ударное воздействие, были отобраны материалы: АМг6, МА2-1, Д16. МА2-1 незначительно уступает материалу АМг6 по параметрам l и s_в (таблица 1), но имеет значительно меньший удельный вес, предположительно, он должен выдержать перегрузки и обеспечить достаточный теплоотвод.  Д16 был выбран для анализа с целью сравнения тепловых и прочностных характеристик с АМг6 из-за значительного выигрыша по параметрам l и s_в, и незначительно большего удельного веса.

Был проведён термический анализ упрощённой модели. В анализе участвуют условные объекты: металлическая рамка (АМг6, МА2-1, Д16), две печатных платы (СТФ-0.25), два трансформатора (М1). Нижняя грань рамки прикладывается к поверхности, имеющую температуру 40 ℃ согласно исходным данным технического задания.

Результаты термического анализа представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Температурные поля изделий с использованием рамок из АМг6, МА2-1 и Д16

Максимальная температура АМг6 – 46.742 ℃, МА2-1 – 50.056 ℃, Д16 – 44.177 ℃.  Температура всех трёх рамок соответствует ТЗ.

Для анализа на ударное воздействие использована модель металлической рамки (АМг6, МА2-1, Д16). Аппаратура комплекса при выведении до отделения изделия подвергается ударным нагружениям с максимальным ускорением 350g (g = 9.81 м/с²). Красная стрелка указывает направление удара (рис. 2). Результаты анализа на ударное воздействие представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Распределение напряжений в моделях металлических рамок из АМг6, МА2-1, Д16

Максимальное напряжение АМг6 - 15.5 МПа (гораздо меньшее, чем предел текучести материала – 147 МПа), МА2-1 - 9.8 МПа (гораздо меньшее, чем предел текучести материала – 140 МПа), Д16 - 16.2 МПа (гораздо меньшее, чем предел текучести материала – 285 МПа).  Следовательно, конструкция выдержит нагрузку.

В результате сравнения материалов для рамки устройства, стало известно, что МА2-1, имея удельный вес, значительно меньший, чем АМг6, так же соответствует требованиям, указанным в ТЗ. Материал Д16 имеет лучшие тепловые и прочностные характеристики, чем АМг6 и МА2-1, но проигрывает по удельному весу. Исходя из цели данной работы, был выбран материал МА2-1 для дальнейшего проектирования изделия.

Список литературы:

1. ГОСТ 22635–77. Листы из магниевых сплавов. Технические условия. – 1979. – 18 с.
2. ГОСТ 21631-76.  Листы из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия. – 1977. – 29 с.
3. Дементьев А. А., Мартюшев С.Г. Трехмерное моделирование внешних механических воздействий на приборы и устройства в Solidworks Simulation. Сибирский журнал науки и технологий. 2018. Т. 19, № 1. С. 82–97.
4. Дементьев А. А., Мартюшев С.Г. Различные подходы к моделированию ударных воздействий в программном обеспечении Simulation // Электронные и электромеханические системы и устройства : тез. докл. науч.-техн. конф. молодых специалистов / ОАО «НПЦ «Полюс». Томск, 2018. С. 243–244.
5. Алямовский А. А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation. М. : ДМК Пресс, 2010.