РАЗРАБОТКА И ТОПОЛОГИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕМЕНТА ЗАКРЕПЛЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНОЙ АНТЕННЫ НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ ПОДВОДНОЙ ОБСТАНОВКИ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается процесс разработки и топологической оптимизации элемента закрепления малогабаритной антенны для необитаемых подводных аппаратов (НПА).

Ключевые слова: антенна, топологическая оптимизация, модель, напряжение.

В последние годы наблюдается значительный рост интереса к разработке необитаемых подводных аппаратов (НПА), которые используются для различных задач, включая исследование морского дна, мониторинг экосистем и освещение подводной обстановки. Одним из ключевых элементов таких аппаратов является антенна, в которую входят два антенных модуля. В данной статье рассматривается процесс разработки и топологической оптимизации элемента закрепления малогабаритной антенны, что позволяет улучшить ее функциональность и уменьшить количество используемого в конструкции материала.

Рисунок 1. Исходная модель крепления

Разработанная модель элемента закрепления была создана из расчёта использования максимально допустимого объёма с учётом зоны крепления внутри аппарата и расположения антенных модулей. Конструкция должна выдерживать нагрузку от двух антенных модулей, каждый из которых весит по ~0,8 кг. Для изготовления элемента был выбран пластик, что обеспечивает легкость изготовления конструкции и устойчивость к коррозии в подводной среде.

Для достижения оптимальных характеристик было решено провести топологическую оптимизацию при помощи использования специализированных программ. В результате анализа было разработано несколько вариантов оптимизированной конструкции.

Рисунок 2. Первая форма оптимизации модели

Первый вариант оптимизации (рисунок 2) демонстрирует минимальное использование материала, что позволяет значительно снизить вес элемента. Это решение спорно, так как в подобных формах могут возникать значительные напряжения, которые отразятся на эксплуатационных характеристиках. Так же замечу, что доработка подобной формы займёт значительное время, так как в конструкции имеется множество «ответвлений», которые, по всей видимости, не несут полезной нагрузки.

Рисунок 3. Вторая форма оптимизации модели

Второй вариант (рисунок 3) включает в себя изменения в геометрии элемента, которые обеспечивают более равномерное распределение напряжений и, как следствие, увеличивают срок службы антенны, по сравнению с первым вариантом.

Рисунок 4. Третья форма оптимизации модели

Третий вариант (рисунок 4) представляет собой комбинированный подход, который сочетает в себе как изменения в распределении материала, так и геометрические модификации. Это решение, на данный момент, показало наилучшие результаты по всем критериям, включая прочность и вес. Все три варианта имеют полость за зоной крепления переднего антенного модуля, что благотворно влияет на зону сканирования.

Таким образом, проведенная работа по топологической оптимизации элемента закрепления малогабаритной антенны НПА продемонстрировала значительный потенциал в повышения эффективности производства. Все варианты креплений, представленные в статье, требуют больших доработок формы, далее же, хоть все формы и рассчитывались при приблизительных эксплуатационных нагрузках, требуется более детальное исследование возможности изменения плотности заполнения материала внутри структуры.

Список литературы:

1. Бенсое, М. П., & Сигмунд, О. (2003). Топологическая оптимизация: теория, методы и приложения. М.: Наука.
2. Кузнецов, В. Н., & Кузнецова, И. В. (2010). Топологическая оптимизация конструкций. Инженерные Измерения, 3, 45-50.
3. Синельников, А. В. (2015). Применение методов топологической оптимизации в проектировании конструкций. Вестник МГТУ им. Баумана. Серия: Естественные науки, 1, 65-70.