CC BY
92Результаты модального анализа
Модель Частота, Гц, по модам
1 2 3 4
Идеализированная 96,83 96,857 164,89 411,66
С учетом дисбаланса 92,58 93,012 165,54 413,35
С учетом зазоров в шарикоподшипниках 93,84 92,85 164,94 412,68
С учетом допусков конструкции 91,45 90,37 168,45 418,27
С учетом всех параметров 84,38 87,74 170,21 425,55
Такой подход позволяет выявить самые слабые места конструкции и доработать ее еще на этапе разработки.
Тем самым гарантируется, что прибор выдержит все механические нагрузки при эксплуатации.
Библиографические ссылки
1. Гладышев Г. Н., Дмитриев В. С., Копытов В. И. Системы управления космическими аппаратами (Исполнительные органы: назначение, принцип действия, схемы, конструкция) : учеб. пособие. Томск : Изд-во ТПУ, 2000. 207 с.
2. Влияние жесткости силовых элементов конструкции на величину критической скорости исполнительного органа на базе управляемого по скорости двигателя-маховика (УДМ) / Ю. А. Бритова [и др.] // Контроль. Диагностика. 2012. № 11. С. 24-27.
3. Журавлев В. Ф., Бальмонт В. Б. Механика шарикоподшипников гироскопов / под ред. Д. М. Климова. М. : Машиностроение, 1985. 272 с.
4. Приборные шариковые подшипники : справочник под ред. К. Н. Явленского и др. М. : Машиностроение, 1981. 351 с.
5. Васильцов А. А., Костарев И. С. Повышение точности результатов моделирования электродвигателя-маховика методом конечно-элементного анализа // Электронные и электромеханические системы и устройства : тез. докл. XIX науч.-техн. конф. (Томск, 16-17 апр. 2010 г.) / АО «НПЦ «Полюс». Томск, 2015. С. 194-197.
References
1. Gladyshev G. N., Dmitriev V. S., Kopytov V. I. Sistemy upravlenija kosmicheskimi apparatami (Ispolnitel'nye organy: naznachenie, princip dejstvija, shemy, konstrukcija) [Control systems of spacecrafts (Executive powers: appointment, a principle of operation, the schemes, a construction)] : Uchebnoe posobie. Tomsk: Izd. TPU. 2000. 207 p.
2. Britova Ju. A., etc. Vlijanie zhestkosti silovyh elementov konstrukcii na velichinu kriticheskoj skorosti ispolnitel'nogo organa na baze upravljaemogo po skorosti dvigatelja-mahovika (UDM) [Influence rigidity of power elements of construction on size of critical speed of an executive powers on the base of the engine-flywheel operated on speed]. Kontrol'. Diagnostika. 2012.
3. Zhuravlev V. F., Bal'mont V. B. Mehanika sharikopodshipnikov giroskopov [Mechanics of ballbearings of gyroscopes]. Pod red. Klimova D. M. M. : Mashinostroenie, 1985. 272 p.
4. Pribornye sharikovye podshipniki [Instrument ball bearings]. Spravochnik pod red. Javlenskogo K. N. i dr. Moskow, Mashinostroenie, 1981, 351 p.
5. Vasiltsov A. A., Kostarev I. C. Povishenie tochnosti rezultatov modelirovania dvigatelej-machovikov metodom konechno-elementnogo analiza. [Increase of accuracy of results of modelling of the electric motor-flywheel by a method of the is final-element analysis] Electronnie i electromechanicheskie sistemy I ustroystva. Tez. dokl. XIX nauch.-technich. Konf (Tomsk, 16-17 apr. 2015). JSC "NPC "Polus". Tomsk, 2015, p. 194-197.
© Bacnm^B A. A., 2015
УДК 531.383
ДВИГАТЕЛЬ-МАХОВИК ДЛЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Д. В. Ермаков, А. А. Денисова, Н. А. Колеватова, Ю. Г. Гладышев, В. П. Лянзбург
АО «Научно-производственный центр «Полюс» Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Кирова, 56в. E-mail: [email protected]
В НПЦ «Полюс» разработан малоразмерный двигатель-маховик, пригодный для применения в составе малых космических аппаратов. На этапе предварительной проработки конструкции выполнены поверочные расчеты коэффициента запаса по нагрузкам при механических испытаниях и по изгибной прочности оси при механических испытаниях путем выявления критических сечений.
Ключевые слова: двигатель-маховик, подшипниковые опоры, механические испытания, остаточная неуравновешенность, дисбаланс, балансировка, динамическая нагрузка.
Решетнеескцие чтения. 2015
REACTION FLYWHEEL FOR THE SMALL SPACECRAFTS
D. V. Ermakov, А. А. Denisova, N. A. Kolevatova, Y. G. Gladyshev, V. P. Ljanzburg
SС "Scientific&Industrial Сentre "Polyus" 56v, Kirov Av., Tomsk, 634041, Russian Federation. E-mail: [email protected]
Low-sized reaction flywheel has been developed in JSC "SIC" Polyus", it is useful for application in the small spacecrafts. At the preliminary stage of design the calculations are performed to obtain verification of safety factors for loads in mechanical tests and of flexural strength of axis for mechanical testing identifying by critical sections.
Keywords: reaction flywheel, bearing assembly, mechanical test, residual unbalance, unbalance, balancing, dynamic load.
Одним из направлений развития современной космической техники является создание малых космических аппаратов (табл. 1). Их бортовое оборудование должно иметь минимально достижимые для современного уровня массогабаритные характеристики и энергопотребление при сохранении целевых функций и стойкости к механическому нагружению, соответствующих аппаратуре средних и больших спутников.
Таблица 1
Классификация малых космических аппаратов
Тип Масса, кг
Пикоспутники 0,1-1,0
Наноспутники 1-10
Микроспутники 10-100
Мини-спутники 100-500
Анализ наметившихся тенденций развития малых космических аппаратов показывает, что в ближайшей перспективе они займут особое место в космических программах.
В НПЦ «Полюс» разработан малоразмерный двигатель-маховик (МДМ), пригодный для применения в составе малых космических аппаратов, например «НТ-100». Конструктивно МДМ (см. рисунок) представляет собой моноблок, в котором электродвигатель-маховик и служебная электроника смонтированы в одном корпусе.
Общий вид МДМ
При разработке конструкции МДМ одной из ключевых проблем был выбор подшипниковых опор, поскольку существуют жесткие ограничения по габаритам и массе прибора, что позволяет применять только шарикоподшипники сверхлегких серий [1; 2]. Выбор радиально-упорных шарикоподшипников, оптимально подходящих для МДМ, проводился из выпускаемых в РФ с учетом габаритных ограничений и нагрузочной способности (табл. 2).
На этапе предварительной проработки конструкции взяты шарикоподшипники 4-1006094Е, для подтверждения правильности выбора которых выполнялись поверочные расчеты коэффициента запаса и из-гибной прочности оси при механических испытаниях путем выявления критических (наиболее нагруженных) сечений. По результатам поверочных расчетов наиболее подходящими для конструкции МДМ являются шарикоподшипники 4-106095 ЮТ [3; 4].
Роторная система МДМ состоит из маховика, закрепленного на наружных кольцах шарикоподшипников, индукторов, магнитов и ротора датчика углового положения [5].
Для проведения динамической балансировки ротор МДМ имеет две плоскости коррекции, расположенные на ободе маховика в местах наибольшего удаления от оси вращения.
Балансировка проводится путем удаления материала лазерным лучом в зонах кольцевых проточек плоскостей коррекции.
Для модели разработанного МДМ проводились исследования на стойкость к различным механическим воздействиям: синусоидальным, случайным, ударным.
Результаты анализа показали, что предъявляемые требования к конструкции МДМ при внешних механических воздействиях обеспечиваются, а собственная резонансная частота составляет более 150 Гц.
Сравнение разработанного в НПЦ «Полюс» МДМ с зарубежными аналогами (табл. 3) показывает, что их параметры соответствуют друг другу. На базе технических решений МДМ разрабатывается параметрический типоряд двигателей-маховиков для малых космических аппаратов.
Таблица 2
Варианты рассматриваемых шарикоподшипников
Обозначение подшипника 2076084ЮТ 4-1006094Е 4-1006095ЮТ
Габарит, мм 04/9-3 04/11-4 05/13-4
Статическая грузоподъемность, Н 180 280 380
Динамическая грузоподъемность, Н 400 660 800
Таблица 3
Основные параметры двигателей-маховиков
Наименование RW90 RSI02-33/30A МДМ
Производитель Astro-und Feinwerktechnik Adlershof GmbH Teldix Rockwell Collins АО «НПЦ «Полюс»
Внешний вид H m
Кинетический момент, Н-м-с ±(0,00...0,25) ±(0,00...0,20) ±(0,00.0,25)
Управляющий момент, Н-м ±(0,00... 0,01) ±(0,00...0,03) ±(0,000.0,008)
Потребляемая мощность, Вт 6 10 5
Конструктивное исполнение Моноблок Моноблок Моноблок
Масса, кг 0,9 1,7 1,3±0,1
Габариты, мм 103x101x90 0135/120 96x96x96
Срок службы, лет 5 5 5
Условия эксплуатации Негерметичный отсек Негерметичный отсек Негерметичный отсек
Библиографические ссылки
1. Меркин Д. Р. Гироскопические системы. М. : Физматгиз : Наука, 1974.
2. Ишлинский А. Ю. Механика гироскопических систем. М. : АН СССР, 1963.
3. Самсаев Ю. А. Вибрации приборов с опорами качения. М. : Машиностроение, 1984. 128 с.
4. Первицкий Ю. Д. Расчет и конструирование точных механизмов. М. : Высшая школа, 1976. 456 с.
5. Тищенко О. Ф. Элементы приборных устройств. М. : Высшая школа, 1978. 384 с.
References
1. Merkin D.R. Giroskopicheskie sistemy [Gyroscopic systems]. М., Phizmatgiz, Nauka, 1974.
2. Ishlinskij A. J. Mehanika giroskopicheskih system [Mechanics of gyroscopic systems]. М., AN SSSR, 1963.
3. Samsaev J. A. Vibrazii priborov s oporami kachenija [Vibrations of a devices with rolling-contact bearings]. М., Mashinostroenie, 1984. 128 p.
4. Pervickij J. D. Raschet i konstruirovanie tochnyh mehanizmov [Calculation and design exact machinery]. М., Vycshaja shkola, 1976. 456 p.
5. Ticshenko O. F. Elementy pribornyh ustrojstv [Element of instrument devices]. М., Vycshaja shkola, 1978. 384 p.
© Ермаков Д. В., Денисова А. А., Колеватова Н. А., Гладышев Ю. Г., Лянзбург В. П., 2015
УДК 539.12.04, 629.7.023
ОСОБЕННОСТИ РАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ СВЕРХМАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Д. М. Зуев, Е. Я. Чесноков, С. А. Бабич, О. Н. Драганюк, В. С. Задонская
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Описаны основные проблемы радиационной стойкости малых космических аппаратов на низких околоземных орбитах. Приведены способы снижения затрат на разработку и запуск космических аппаратов.
Ключевые слова: радиационная защита, композитные материалы, накопленная доза, малые космические аппараты, CubeSAT, SibCube.
*Работа выполнена при поддержке КГАУ «Красноярский краевой фонд поддержки научной и научно-технической деятельности» и Министерства образования и науки РФ (проект № 168/14).
