CC BY
27"Космическое и специальное электронное приборостроение
УДК 629.78
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРОТОЛЕТНУЮ МОДЕЛЬ ЗВЕЗДНОГО ДАТЧИКА
С. А. Елубаев, Б. Ш. Альбазаров, А. В. Шамро, Т. М. Бопеев, А. С. Сухенко
Институт космической техники и технологий Республика Казахстан, 050061, г. Алматы, ул. Кисловодская, 34 E-mail: [email protected]
Статья посвящена технологии проектирования и анализа механической части ЗБ-модели протолетной модели звездного датчика (ЗД), создаваемой в Республике Казахстан (РК).
Ключевые слова: проектирование, воздействующие факторы, критические нагрузки.
MATHEMATICAL MODELING MECHANICAL INFLUENCE ON THE PROTOFLIGHT
MODEL OF STAR TRACKER
S. Elubaev, B. Albazarov, A. Shamro, T. Bopeev, A. Sukhenko
Institute of space technique and technology 34, Kislovodskaya Street, Almaty, 050061, Republic of Kazakhstan E-mail: [email protected]
The article introduces the technology of design and analysis of mechanical 3D model of the star tracker protoflight model created in the Republic of Kazakhstan.
Keywords: design, influencing factors, the critical load.
Настоящая статья посвящена технологии проектирования и анализа механической части 3D-модели протолетной модели ЗД, создаваемой в РК в рамках республиканской бюджетной программы 076.
Оптическая система ЗД, спроектированная согласно системным требованиям, была описана в [1—5].
Компоновка всех составляющих элементов в единую систему, а также анализ влияния механических факторов на нее является задачей механической части проектирования ЗД с использованием ПО Solid Works.
Спроектированная механическая структура инженерной модели ЗД является сборкой из отдельных узлов и элементов (рис. 1).
Рис. 1. Составные элементы оптической головки звездного датчика
Предлагаемая механическая структура позволяет сделать выбор материалов для ее изготовления, а также соединяющих узлов, механических частей и дета-
лей. На этом этапе учитываются все факторы, влияющие на оптические и механические характеристики ЗД, соответствие его требованиям по массе.
Для основной структуры выбран алюминий марки Д16Т, преимуществом которого является низкий удельный вес (2,77 г/см2) при достаточно высокой прочности и жесткости.
Анализ на статические нагрузки производился с помощью ПО Solid Works: узлы и крепления системы проверены на возникающие напряжения, перемещения и деформации. Анализ модели на значения нагрузок в направлении X и Z проводился по заданным основным физическим характеристикам, использованным при расчете, а также по информации о сетке, с учетом используемых материалов для протолетной модели.
На рис. 2 отображены максимальные значения напряжения, перемещения и деформации, возникающие при приложении ускорения 10g и воздействии его на элементы конструкции. На рис. 2, а приведена эпюра, из которой следует, что наибольшее напряжение возникает в области соединения корпуса блока электроники с корпусом оптической головки. Максимальное значение напряжения - 2,458 МПа, минимальное -0 МПа. Из анализа максимальных напряжений, испытываемых конструкцией, следует, что она способна выдержать предельную статическую нагрузку, возникающую при запуске.
Из рис. 2, б следует, что максимальные значения перемещений возникают на кромке третьей диафрагмы и составляют 0,003 мм.
<Тешетневс^ие чтения. 2016
Рис. 2. Максимальные значения напряжений, перемещений и деформаций
Из рис. 2, в следует, что величина остаточной деформации в конструкции ЗД равна нулю, т. е. возникающие напряжения меньше предела текучести выбранного материала Д16Т.
Кроме статических нагрузок, испытываемых КА, воздействие которых было проанализировано, механическая конструкция ЗД, так и всего КА, подвергается динамическим нагрузкам. В работе проведен анализ воздействия случайной вибрации при использовании ракеты-носителя (РН) «Днепр».
Из руководства пользователя РН «Днепр» следует, что полезная нагрузка РН должна быть разработана с конструктивной жесткостью, которая гарантирует, что значения собственных частот данной полезной нагрузки должны быть не менее 20 Гц по продольной оси и 10 Гц по поперечной оси. Собственные частоты ЗД, полученные из анализа данных ПО Solid Works, дают: 1-я собственная частота по поперечной оси -325 Гц, по продольной - 1 291 Гц.
Описанный в работе процесс проектирования и анализа на внешние воздействия механической структуры ЗД позволяет проводить в дальнейшем испытания на стендах с имитацией реализуемых нагрузок при использовании РН «Днепр».
Приведенная конструкция и использованные материалы при этом не должны влиять на оптические характеристики получаемого изображения.
Авторы выражают благодарность А. Калиеву (ТОО «Галам») за консультации при выполнении работы.
Библиографические ссылки
1. Особенности проектирования и анализа механической части оптических систем / М. Р. Нургужин, А. Т. Калиев, Б. Р. Жумажанов // Вестник КазНУ. 2014. № 1(48). С. 80-86.
2. Проектирование оптических систем на примере создания оптической головки звездного датчика / С. А. Елубаев, Б. Ш. Альбазаров, В. В. Тен, А. В. Шамро, А. С. Сухенко // Технические науки - от теории к практике : сборник статей по материалам LV междунар. науч.-практ. конф. № 2(50) / под ред. АНС «СибАК». Новосибирск, 2016. С. 8-18.
3. Features of design and development of optical system for star tracker [Электронный ресурс]. URL: http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx? articleid = 1916192 (дата обращения: 16.09.2016).
4. Выбор оптической схемы экспериментального образца звездного датчика / С. А. Елубаев, Н. К. Джа-малов, А. В. Шамро и др. // Высокие технологии -залог устойчивого развития : труды II межд. науч. конф. в 2 т. / КазНТУ им. К. И. Сатпаева. Алматы, 2013. С. 265-267.
5. Проектирование оптической системы звездного датчика с учетом факторов космического пространства / М. М. Молдабеков, С. А. Елубаев, В. В. Тен, Б. Ш. Альбазаров, Т. М. Бопеев // Материалы XIX Междунар. научно-практич. конф., посвящ. 55-летию Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. С. 243-245.
References
1. Osobennosti proektirovanija i analiza mehanicheskoj chasti opticheskih sistem / M. R. Nur-guzhin, A. T. Kaliev, B. R. Zhumazhanov // Vestnik KazNU. 2014. № 1(48). Р. 80-86.
2. Proektirovanie opticheskih sistem na primere sozdanija opticheskoj golovki zvezdnogo datchika / S. A. Elubaev, B. Sh. Al'bazarov, V. V. Ten, A. V. Shamro,
A. S. Suhenko // Tehnicheskie nauki - ot teorii k praktike: Sbornik statej po materialam LV mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. № 2(50) / pod red. ANS «SibAK» Novosibirsk, 2016. Р. 8-18.
3. Features of design and development of optical system for star tracker. URL: http://proceedings. spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=1916192 (data obrashhenija: 16.09.2016).
4. Vybor opticheskoj shemy jeksperimental'nogo obrazca zvezdnogo datchika / S. A. Elubaev, N. K. Dzhamalov, A. V. Shamro et al. // Trudy II-mezhd. nauch. konf. «Vysokie tehnologii - zalog ustojchivogo razvitija» : v 2 t. / KazNTU im. K. I. Satpaeva. Almaty, 2013. Р. 265-267.
5. Proektirovanie opticheskoj sistemy zvezdnogo datchika s uchetom faktorov kosmicheskogo prostranstva / M. M. Moldabekoa, S. A. Elubaev, V. V. Ten,
B. Sh. Al'bazarov, T. M. Bopeev // Materialy XIX Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj krnferenjii, posvjashhennoj 55-letiju Sibirskogo gosudarstvennogo ajerokosmicheskogo universiteta imeni akademia M. F. Reshetneva : v 2 ch. / pod obshh. red. Ju. Ju. Logi-nova; Sib. gos. ajerokosmich. un-t. Krasnojarsk, 2015. Р. 243-245.
© Елубаев С. А., Альбазаров Б. Ш., Шамро А. В., Бопеев Т. М., Сухенко А. С., 2016
