CC BY
33Решетневскуе чтения. 2013
УДК 629.78.086.018
АНАЛИЗ ПРИМЕНИМОСТИ СИСТЕМЫ ОБЕЗВЕШИВАНИЯ ПАССИВНОГО ТИПА ДЛЯ КРУПНОГАБАРИТНОГО КРЫЛА БАТАРЕИ СОЛНЕЧНОЙ
В. М. Михалкин, И. В. Романенко
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52. E-mail: [email protected]
Описываются результаты анализа и критериев применимости системы обезвешивания пассивного типа на примере универсального стенда обезвешивания для испытаний крупногабаритного крыла батареи солнечной спутника связи. Выделяются основные параметры системы обезвешивания, влияющие на процесс испытаний. Предлагаются методы усовершенствования оборудования.
Ключевые слова: крыло батареи солнечной, система обезвешивания, механические устройства, космический аппарат.
ANALYSIS OF APPLICABILITY OF PASSIVE TYPE ZERO-GRAVITY SYSTEM
FOR LARGE SOLAR ARRAY
V. M. Mikhalkin, I. V. Romanenko
JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia. E-mail: [email protected]
The paper describes the results of the analysis of a passive type zero-gravity system applicability in terms of a universal zero-gravity stand for tests of large solar array of communication satellite. Main parameters of zero-gravity system that impact on tests are highlighted. Methods of improvement of equipment are offered.
Keywords: solar array, zero-gravity system, mechanical devices, spacecraft.
Космический аппарат содержит множество механических устройств и систем, без успешной работы которых невозможно выполнение целевых задач аппарата. Механические устройства являются частью более сложных систем, таких как система электропитания или антенная система, и, выполняя свои важные задачи, обеспечивают их функционирование [1].
На этапе наземной экспериментальной отработки космического аппарата проводится большое количество различных испытаний. Одним из видов испытаний механических устройств являются испытания по проверке функционирования.
Основные задачи испытаний по проверке функционирования в том, чтобы проверить правильность заложенных конструкторских решений:
- превышение движущих сил в шарнирных узлах (ШУ) над силами сопротивления;
- соблюдение логики раскрытия;
- зачековка устройств в рабочем положении.
При проведении наземной экспериментальной отработки механических устройств космического аппарата важным фактором является исключение влияния поля силы тяжести на объект испытаний. Для этого используется система обезвешивания, основные задачи которой:
- обеспечить беспрепятственное и свободное движение механической системы во время испытаний;
- исключить появление сил сопротивления движению в ШУ от действия сил тяжести.
В настоящее время в ОАО «ИСС» широко применяются системы обезвешивания пассивного типа.
Усилие обезвешивания в таких системах создается механическим способом (растянутой пружиной; грузом, расположенным на определенном плече; шаром, наполненным легким газом, и др.), и в процессе раскрытия механической системы усилие не изменяется. Движение элементов системы обезвешивания определяется движением механической системы и дополнительно не управляется. Силы трения в элементах системы обезвешивания в процессе раскрытия компенсируются не полностью.
Параметры системы обезвешивания, такие как масса элементов, коэффициент трения материалов в подвижных частях и др., оказывают влияние на процесс испытаний. Совокупность этих параметров приводит к появлению различных факторов, оказывающих сопротивление движению объекта испытаний. Такими факторами являются: отклонение троса вывески от вертикали, изменение обезвешивающего усилия, «запаздывание» системы обезвешивания за движением механической системы и др. Оценить влияние этих факторов на процесс испытаний аналитическими методами достаточно сложно и трудоемко. Решить эту задачу возможно, применив современный программный комплекс для проведения динамических расчетов многокомпонентных механических систем. В настоящей работе использовался программный комплекс Эйлер 8.
Оценить влияние каждого из параметров системы обезвешивания на процесс испытаний можно, создав в программном комплексе модель механической системы и применяемого испытательного оборудования. Варьируя параметрами системы обезвешивания, можно
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
определить требования к ее проектированию и настройке в зависимости от задач предстоящих испытаний.
В данной работе рассматривается анализ применимости универсального стенда обезвешивания для испытаний по проверке функционирования крупногабаритного крыла батареи солнечной (БС) спутника связи.
Основным параметром, определяющим надежность функционирования крыла БС, является остаточный движущий момент в пружинном приводе шарнирного узла (ШУ), т. е. момент в пружинном приводе за вычетом всех моментов сопротивления движению. Влияние системы обезвешивания оценивалось по величине момента сопротивления, которое она оказывает в каждом из ШУ крыла БС.
Анализ результатов расчета показал, что наибольшее влияние на процесс раскрытия крыла БС оказывают силы трения в подвижных элементах стенда. Эти силы сопротивляются движению кареток стенда, вызывают отклонение троса вывески от вертикали и изменение обезвешивающего усилия. Величины сил трения определяются массой обезвешиваемого элемента, массой каретки стенда и выбором пары контактирующих материалов.
По результатам расчета определено, что универсальный стенд может использоваться для проведения испытаний по проверке функционирования рассматриваемого крыла БС спутника связи. В программном комплексе определено, что дополнительное сопротивление движению звеньев крыла БС приводит к увеличению нагрузки на электромеханический привод, которому необходимо своей дополнительной работой компенсировать потери энергии раскрытия в системе. По результатам расчета при раскрытии в условиях наземной экспериментальной отработки момент, развиваемый электромеханическим приводом, увеличивается в среднем на 15 %. Логика движения и порядок зачековки при этом не нарушаются и соответствуют штатному раскрытию.
Дополнительно в программном комплексе был смоделирован случай раскрытия крыла с другой логикой зачековки звеньев. Расчет показал, что момент сопротивления от системы обезвешивания будет превышать движущий момент и раскрытие крыла БС не произойдет. Это означает, что универсальный стенд обезвешивания может оказаться неприменимым для раскрытия некоторых крупногабаритных крыльев БС.
Анализ, проведенный с использованием созданных расчетных моделей, показал, что система обез-
вешивания пассивного типа имеет ограниченное применение и может оказаться неэффективной при раскрытии крупногабаритных крыльев БС большой массы. Для проведения более эффективной наземной экспериментальной отработки крупногабаритных крыльев БС необходимо применение активной системы обезвешивания. В системе этого типа усилие обезвешивания поддерживается постоянным, а движение кареток управляется по заложенной в систему программе.
В процессе выполнения описанного в данной статье анализа была отработана технология математического моделирования механических систем. Определены характерные особенности каждого этапа моделирования, отработан процесс построения и верификации расчетной модели. С применением моделирования проведен анализ и выработаны критерии, ограничивающие применимость пассивной системы обез-вешивания, определены основные параметры, влияющие на процесс испытаний, выбраны пути усовершенствования оборудования. В дальнейшем технология математического моделирования будет применяться для предварительного анализа схемы испытаний, проектирования испытательного оборудования, а также использоваться при испытаниях активной системы обезвешивания и позволит повысить качество наземной экспериментальной отработки, проводимой в ОАО «ИСС».
Библиографические ссылки
1. Spacecraft systems engineering / edited by Peter Fortescue, Graham Swinerd, John Stark. 4th ed. 2011. 691 p.
2. Чеботарев В. Е. Проектирование космических аппаратов систем информационного обеспечения / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 168 с.
References
1. Spacecraft systems engineering / edited by Peter Fortescue, Graham Swinerd, John Stark. 4th ed. 2011. 691 p.
2. Chebotarev V. E. Proektirovanie kosmicheskih apparatov sistem informacionnogo obespechenija (Designing of infoware systems of spacecrafts). Siberian aerospace university. Krasnoyarsk, 2005. 168 p.
© Михалкин В. М., Романенко И. В., 2013
