Основы проектирования виброзащиты космических аппаратов
Покупка
Новинка
Тематика:
Космический транспорт
Под ред.:
Ефанов Владимир Владимирович
Год издания: 2019
Кол-во страниц: 106
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Специалитет
ISBN: 978-5-7038-5103-6
Артикул: 837158.01.99
Доступ онлайн
800 ₽
В корзину
Рассмотрены основы проектирования виброзащиты прецизионных космических аппаратов для улучшения разрешающей способности устанавливаемой на борту целевой аппаратуры при влиянии динамических источников возмущений. Представлены методы и средства виброзащиты, а также принципы работы, математические модели и практические примеры создания виброзащитных устройств. Приведен инженерный алгоритм в виде структурной схемы обеспечения виброзащиты космических конструкций для практической реализации.
Для студентов аэрокосмического факультета, обучающихся по специальностям «Проектирование летательных аппаратов и их комплексов», «Космические аппараты и разгонные блоки», также может представлять интерес для специалистов предприятий космической отрасли.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Специалитет
- 24.05.01: Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
П.П. Телепнев, Д.А. Кузнецов Основы проектирования виброзащиты космических аппаратов Учебное пособие Под редакцией д-ра техн. наук, профессора В.В. Ефанова
УДК 629.78 ББК 39.62 Т31 Рецензент член-корреспондент РАН, зав. кафедрой «Космические системы и ракетостроение» О.М. Алифанов Телепнев, П. П. Т31 Основы проектирования виброзащиты космических аппаратов : учебное пособие / П. П. Телепнев, Д. А. Кузнецов ; под ред. В. В. Ефанова. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 102, [4] с. : ил. ISBN 978-5-7038-5103-6 Рассмотрены основы проектирования виброзащиты прецизионных космических аппаратов для улучшения разрешающей способности устанавливаемой на борту целевой аппаратуры при влиянии динамических источников возмущений. Представлены методы и средства виброзащиты, а также принципы работы, математические модели и практические примеры создания виброзащитных устройств. Приведен инженерный алгоритм в виде структурной схемы обеспечения виброзащиты космических конструкций для практической реализации. Для студентов аэрокосмического факультета, обучающихся по специальностям «Проектирование летательных аппаратов и их комплексов», «Космические аппараты и разгонные блоки», также может представлять интерес для специалистов предприятий космической отрасли. УДК 629.78 ББК 39.62 © Телепнев П.П., Кузнецов Д.А., 2019 © Оформление. Издательство ISBN 978-5-7038-5103-6 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019
Содержание Предисловие ................................................................................. 4 Сокращения .................................................................................. 5 Введение ....................................................................................... 6 Бортовые источники возмущений ............................................. 12 Определение воздействий, создаваемых приводами, исполнительными механизмами и аппаратурой в рабочих режимах ............................................................ 12 Математические модели механических возмущений от бортовых источников ................................................... 16 Методы и принципы создания систем виброзащиты .............. 22 Увеличение диссипативных свойств конструкции космических аппаратов..................................................... 24 Системы виброизоляции ....................................................... 33 Динамическое гашение колебаний ....................................... 45 Активные системы гашения колебаний............................... 80 Литература ................................................................................... 101
Предисловие За последние десятилетия в области проектирования и конструирования космической техники сформировалось новое научное направление — обеспечение виброзащиты космических конструкций. Наибольший интерес к вопросам обеспечения виброзащиты проявляют ученые и инженеры Франции, Германии, Испании, а в последние годы — и России, Китая, США, Индии. Разработка нового прецизионного оборудования для исследования объектов космического пространства обусловливает постановку ряда дополнительных технических задач по обеспечению нормальных условий для его функционирования. Следует отметить, что в ситуации международной конкуренции данные задачи должны быть выполнены в достаточно короткие сроки. Таким образом, появилась необходимость в создании научнотехнического инструмента, позволяющего специалистам в области проектирования и конструирования космической техники в сжатые сроки обеспечить защиту от вибрационных воздействий новейшего прецизионного оборудования в процессе его эксплуатации [10]. В предлагаемом учебном пособии описаны бортовые источники возмущений. Определены воздействия, создаваемые приводами, исполнительными механизмами и аппаратурой в рабочих режимах. Приведены математические модели механических возмущений от бортовых источников. Рассмотрены основы проектирования виброзащиты прецизионных космических аппаратов для улучшения разрешающей способности устанавливаемой на борту целевой аппаратуры при влиянии динамических источников возмущений. Представлены методы и средства виброзащиты, а также принципы работы, математические модели и практические примеры создания виброзащитных устройств. Приведен инженерный алгоритм в виде структурной схемы обеспечения виброзащиты космических конструкций для практической реализации.
Сокращения АЧХ — амплитудно-частотная характеристика ВЗ — виброзащита ВИРК — высокоинформативный радиокомплекс ГИВУС — гироскопический интегратор вектора угловых скоростей ГК — гаситель колебаний ДГ — динамический гаситель ДМ — двигатель-маховик КА — космический аппарат КРТ — космический радиотелескоп ОНА — остронаправленная антенна ПУ — приводное устройство СБ — солнечная батарея СВД — сплавы высокого демпфирования СИС — силоизмерительный стенд СУОС — система управления ориентацией и стабилизацией СОСБ — система ориентации солнечной батареи УВЗ — узел вторичного зеркала УМЖД — управляемые магнитожидкостные демпферы ШД — шаговый двигатель ЭМИО — электромеханический исполнительный орган
Введение В настоящее время развитие космической техники связано с существенным повышением разрешающей способности целевой аппаратуры, устанавливаемой на борту космических аппаратов (КА) как научного, так и прикладного назначения, что приводит к ужесточению требований по точности ориентации и стабилизации КА. Кроме того, сама прецизионная аппаратура характеризуется большими габаритными размерами, высоким энергопотреблением и некоторыми специальными требованиями. Высокое энергопотребление обусловливает необходимость оснащения таких КА панелями солнечных батарей (СБ) большой площади — крупногабаритными низкочастотными элементами. Большой объем передаваемой на Землю целевой информации приводит к необходимости установки Рис. 1. Космический радиотелескоп
Основы проектирования виброзащиты космических аппаратов систем радиосвязи с достаточно крупными антеннами, которые также не обладают высокими жесткостными характеристиками. В качестве примера КА с целевой прецизионной аппаратурой на борту можно привести космический радиотелескоп (КРТ) (рис. 1), космический телескоп миллиметрового диапазона (рис. 2), космический телескоп ВКО-УФ (рис. 3), спутник дистанционного зондирования Земли (рис. 4). Технические характеристики аппаратуры приведены ниже. Технические характеристики космического радиотелескопа Диаметр антенны, м ............................. 10 Диапазоны частот, см ........................... 92; 18; 6; 1,35 Точность наведения, угл. с .................. 32 Размах панелей СБ, м .......................... 16,7 Скорость передачи данных, Мб/с, в диапазоне частот 15 ГГц ................... 144 Технические характеристики космического телескопа миллиметрового диапазона Точность наведения оптических осей .......... 0,5 угл. мин…0,1 угл. с Скорость переориентации, град/с................. 0,3 Амплитуда стабилизации, угл. с ................... 2,500…0,033 Скорость стабилизации, град/с ..................... 0,0001 Размах панелей СБ, м ..................................... Более 18 Скорость передачи данных, Мб/с, в диапазоне 15 ГГц......................................... 144 Рис. 2. Космический телескоп миллиметрового диапазона
Основы проектирования виброзащиты космических аппаратов Технические характеристики космического телескопа ВКО-УФ Точность наведения оптических осей ПН, угл. с ......0,1 Скорость переориентации, град/с ...............................0,3 Амплитуда стабилизации, угл. с .................................2,500…0,033 Скорость стабилизации, град/с ...................................5,0∙10–4 Размах панелей СБ, м ...................................................13 Основные технические характеристики спутника дистанционного зондирования Земли Точность ориентации по каждой из трех осей, угл. мин .......Не ниже 5 Точность стабилизации, град/с .................................................0,001 Таким образом, КА с прецизионной целевой аппаратурой на борту с точки зрения динамики должны обеспечивать высокоточное наведение (до десятых долей угловых секунд) на исследуемые Рис. 3. Космический телескоп ВКО-УФ
Основы проектирования виброзащиты космических аппаратов объекты, высокую геометрическую точность отражающей поверхности рефлектора и высокое качество системы доставки научной информации. Выполнение данных требований обеспечивается системой управления ориентацией и стабилизацией (СУОС). Однако в процессе функционирования возникают механические силы и моменты, обусловленные колебаниями панелей СБ, изгибом элементов конструкции, работой различного рода приводов, вентиляторов и другой аппаратуры, имеющей вращающиеся массы, которые действуют на корпус КА и в некоторых случаях из-за своих значений и частотного состава не могут быть полностью отражены средствами СУОС. Это приводит к тому, что характеристики выходной информации не соответствуют заданным параметрам (проблема динамической точности, смаз (размытие) изображений и т. д.), что, в свою очередь, существенно влияет на целевые характеристики КА — разрешение на местности, точность наведения и др. Решение данной проблемы является ключевым вопросом при разработке, изготовлении и эксплуатации информационных КА. Ранее эта проблема решалась в основном только за счет отработки частотных характеристик упругих элементов и совершенствования конструкции КА. Следует отметить, что для информационных КА, оснащенных крупногабаритной целевой аппаратурой, возникает дополнительная проблема, заключающаяся в том, что источники внутренних Рис. 4. Спутник дистанционного зондирования Земли
Основы проектирования виброзащиты космических аппаратов возмущений могут непосредственно оказывать отрицательное вибрационное воздействие на целевые характеристики изделия. В процессе работы вентиляторов, приводов и т. п. на конструкцию изделия передаются пространственные вибрации малой амплитуды, лежащие в области средних частот (микровозмущения), которые отрицательно влияют как на работу командных приборов системы ориентации, так и на работу целевой аппаратуры и могут в некоторых случаях привести к ухудшению характеристик изделия. Эту задачу также можно отнести к проблеме динамической точности КА, но в диапазоне средних частот (5…100 Гц). До последнего времени систематический и целенаправленный учет влияния внутренних источников возмущения на точность стабилизации и на работу целевой аппаратуры не проводился. Поэтому, как правило, на борт КА приводы и другую аппаратуру, имеющую вращающиеся массы, устанавливали без надлежащего контроля виброактивности. Вследствие недопонимания актуальности данной проблемы для современных информационных КА эти вопросы не были поставлены в достаточно полном научном и практическом планах. Для достижения заданных требований по параметрам угловой стабилизации КА при действии внутренних источников возмущений (задач динамической точности) требуется решить комплекс задач, важнейшими из которых являются: • анализ требований, предъявляемых к современным информационным КА, в зависимости от назначения КА и устанавливаемой на них научной аппаратуры в целях унификации этих требований; • классификация и анализ основных источников внутренних возмущений в современных КА для выделения наиболее виброактивных для возможного выключения их в режимах сеансов (во время сеансов наблюдения); • разработка экспериментальных методов и средств определения воздействий, создаваемых приводами, исполнительными механизмами и аппаратурой в их рабочих режимах; • учет воздействий исполнительных механизмов в динамической схеме изделия (для решения задач, связанных со смазом изображения и микровозмущениями) на стадии проектирования и изготовления изделий для анализа динамической точности неуправляемого КА как в низкочастотной, так и в среднечастотной областях воздействий внутренних источников возмущений;
Основы проектирования виброзащиты космических аппаратов • разработка математических алгоритмов решения задач динамической точности на базе математических моделей и экспериментально определяемых параметров возмущающих воздействий; • на основе анализа результатов динамических расчетов и общих требований по параметрам точности для всего КА разработка частных требований по виброактивности к основным источникам внутренних возмущений и предъявление этих требований разработчикам приводов, исполнительных механизмов и аппаратуры; • разработка рекомендаций по управлению приводными устройствами с точки зрения минимизации уровней создаваемых ими механических (вибрационных) воздействий; • разработка и создание систем виброзащиты, обеспечивающих снижение амплитуд колебаний агрегатов КА, чувствительных к вибрациям. Следует подчеркнуть, что лишь при выполнении всех без исключения приведенных задач можно рассчитывать на успех в разработке информационных КА с жесткими требованиями по динамической точности.
Доступ онлайн
800 ₽
В корзину