2 / 12
Основной работой, в которой был проведен первый систематиче-
ский учет несовершенств оптических характеристик тонкопленочных
материалов солнечных парусов, является работа Р. Форварда [3]. Ранее
было показано, что оптические характеристики тонкопленочных мате-
риалов могут изменяться при механическом нагружении пленки [4]. В
предыдущей работе [5] было представлено решение задачи об опреде-
лении деформированной формы лопасти роторного солнечного паруса
при рассмотрении совместного действия центробежных сил и свето-
вого давления с учетом линейной зависимости коэффициента отра-
жения от растягивающих напряжений. Показано, что данный эффект
приводит к увеличению прогиба концевой точки лопасти роторного
солнечного паруса, что, в свою очередь, влечет за собой соответству-
ющее пропорциональное уменьшение силы солнечного давления, что
может привести к ухудшению баллистических характеристик солнеч-
ных парусов [6].
В диссертации [7] Л. Риос-Райс вывел обобщенное выражение для
главного вектора и главного момента силы светового давления на па-
рус произвольной формы. В РФ тема определения светового давле-
ния на конструкции сложной формы также получила развитие [8–11].
В настоящей работе, помимо обобщения результатов Л. Риос-Райса
и других исследователей [12, 13], приведена формализация задачи о
нахождении главных вектора и момента сил светового давления с уче-
том линейной зависимости коэффициента зеркального отражения от
объемной деформации материала паруса.
Элементарная сила светового давления.
Сила светового давле-
ния включает в себя несколько составляющих: давление от погло-
щенного излучения, отраженного, пропущенного, а также собствен-
ное излучение паруса. Данные факторы зависят от соответствующих
оптических характеристик — коэффициентов поглощения, отражения,
пропускания и излучательной способности. В общем случае данные
факторы зависят от направления в пространстве, свойств поверхно-
сти, длины волны, температуры поверхности и др. [14]. В настоя-
щей работе не рассматривается вклад в световое давление от явления
обратного отражения в материале, так как его вклад в полную силу
светового давления значительно меньше, чем от других факторов [3].
Также не рассматривается пропускание света, так как большинство
современных тонкопленочных материалов являются непрозрачными
для большей части солнечного спектра.
Предполагая начальную (раскройную) форму поверхности солнеч-
ного паруса плоской, введем прямоугольную декартову систему ко-
ординат
Ox
1
x
2
x
3
на раскройной форме солнечного паруса (рисунок).
Деформированное состояние паруса зададим через поле векторов пе-
ремещения точек полотна паруса
u = (
u
1
, u
2
, u
3
)
T
. Зададим единич-
ный вектор нормали
ˆn
, положительное направление которого опреде-
лено для освещенной стороны полотна паруса. Определим единичный
18 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2016. № 1