Метод совмещенных фокусов построения эффективной схемы суммирования световых потоков от отдельных источников излучения

Испытания ракетно-космической техники

Следовательно, необходимо провести дополнительное усиление конструкции маховика.

Таким образом, использование механического анализа по предложенному методу на ранних стадиях

разработки электродвигателя-маховика позволяет более точно определить диапазон резонансных частот, уменьшить число конструкторских ошибок и снизить затраты на производство.

A. A. Vasiltsov, I. S. Kostarev JSC «Scientific-Production Center "Polus"», Russia, Tomsk

ELECTRIC MOTOR-FLYWHEEL MODELLING

The authors present an example of modelling of a flywheel. The method specifying results of modelling is offered. Technical realisation of the method in view of optimisation of a flywheel design is described.

© Bacm^oB A. A., KocrapeB H. C., 2011

УДК 681.7.069.2

С. А. Крат, В. В. Двирный, В. В. Христич ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

А. А. Филатов

ООО «Научно-производственное предприятие волоконно-оптического и лазерного оборудования», Россия, Санкт-Петербург

МЕТОД СОВМЕЩЕННЫХ ФОКУСОВ ПОСТРОЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ СХЕМЫ СУММИРОВАНИЯ СВЕТОВЫХ ПОТОКОВ ОТ ОТДЕЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ

Рассмотрены вопросы повышения требований к наземной тепловой отработке космических аппаратов (КА) в части имитации солнечного излучения в связи с выпуском негерметичных КА нового поколения. Поставленные вопросы решены за счет замены существующей водохлаждаемой системы излучения на воздухоохлаж-даемую, построенную на базе современных серийно выпускаемых ламп солнечного спектра.

На современном этапе создания космических аппаратов (КА), требующем улучшения их технических характеристик и увеличения срока активного существования до 10-15 лет, планируется производство спутников на основе бесконтейнерных аппаратов с пассивной системой терморегулирования. Надежность таких КА очень высока, так как в них отсутствуют критичные с точки зрения надежности элементы, приводящие к отказам: термоконтейнеры, жидкостные контуры и т. д.

Производство негерметичных КА (НКА) нового поколения связано с усовершенствованием испытательной базы для их наземной экспериментальной отработки, в частности с повышением КПД и точности воспроизведения факторов космического пространства действующими имитационными установками.

Одним из основных этапов наземной экспериментальной отработки КА считаются тепловакуумные испытания, которые проводятся на специально оборудованном стенде, оснащенном имитатором солнечного излучения (ИСИ). Однако существующие системы ИСИ ввиду недостаточности методической базы по построению оптических систем и компоновке ИСИ

характеризуются низкими КПД и точностью воспроизводимого ими солнечного излучения.

Рассмотрим задачи повышения КПД ИСИ и точности имитируемого им излучения применительно к отечественной установке ТБК-120, применяемой для тепловой отработки КА ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Ре-шетнева».

КПД неосевого ИСИ ТБК-120 до недавнего времени составлял около 13 %, что было обусловлено низким КПД источника излучения (25 %) - высокомощной водоохлаждаемой лампы ДКсРМ-55000-УХЛ4. Кроме того, применение этой лампы в качестве источника для имитации солнечного излучения не позволяет достичь требуемой для испытаний НКА точности излучения в плане спектральной характеристики. Это связано с тем, что при эксплуатации ДКсРМ-55000-УХЛ4 используется водяное охлаждение электродов и кварцевых окон лампы, которое приводит к поглощению излучения в УФ-области спектра (до 300 нм).

Все эти проблемы могут быть разрешены за счет замены источника излучения на более эффективные воздухоохлаждаемые маломощные (до 10 кВт) лампы солнечного спектра, в связи с чем возникает задача

(Решетневскце чтения

суммирования мощности от нескольких источников излучения. Краткая формулировка этой задачи выглядит следующим образом: необходимо построить такую схему суммирования световых потоков от отдельных источников излучения с энергетической мощностью Фе,-, которая будет формировать квазипараллельный световой поток энергетической мощности Ф^ на площадке с апертурой диаметром d и расходимостью в двух взаимно перпендикулярных направлениях не более чем ax и ay. При этом расстояние от источников излучения до сформированного пятна должно быть минимальным.

Ограничение допустимой расходимости сформированного потока обусловлено техническим исполнением используемого в лампах солнечного спектра оптического смесителя. По мере увеличения расходимости на входе смесителя лучи отклоняются все дальше от его оптической оси и при некотором значении расходимости может наступить момент, когда пучок лучей, пройдя через переднюю поверхность смесителя, попадет на боковую грань элемента смесителя и претерпит на ней полное внутреннее отражение.

Количество источников излучения для формирования светового потока требуемой мощности можно вычислить по формуле

N = -

Ф„

Площадь поверхности эллипсоида определяется длиной дуги эллипса, которая является образующей данного эллипсоида [1]:

l = a |\/1 - e2 cos2 tdt,

Ф . -П. -х.

XI I

где п1 - КПД одного источника излучения; т1 - энергетическая эффективность системы «источник излучения - облучаемая площадка».

Для построения кривой рефлектора источника излучения может быть использовано следующее оптическое свойство кривой второго порядка - эллипса: при размещении источника излучения в его первом фокусе все лучи, отраженные от стенок рефлектора, соберутся во втором фокусе.

где е - эксцентриситет эллипса; t - эксцентрический угол.

При совмещении вторых фокусов F2 всех рассчитанных рефлекторов-эллипсоидов в одну точку получится некоторый суммарный световой поток, энергетическая мощность Ф^ которого в этой точке будет равна сумме энергетических мощностей Фе1 потоков отдельных рефлекторов. При этом вершины всех рефлекторов могут располагаться на поверхности сферы с центром в точке совмещения вторых фокусов рефлекторов или каким-либо другим способом, образуя световой щит. Способ размещения рефлекторов относительно друг друга определяет компактность системы излучения, минимально возможный телесный угол суммарного потока и ограничения по физическому размещению светового щита. При этом рефлекторы-эллипсоиды одного светового щита могут иметь одинаковые или отличные кривые-образующие, но их вторые фокусы обязательно должны быть совмещены в одной точке.

Со схемой суммирования, построенной таким образом, можно работать как со световым потоком от одного источника излучения с углом сходимости, определенным крайними позициями рефлекторов. Очевидно, что суммарный поток не будет иметь четкой конусообразной формы, но это будет некая его часть - вырезка.

Библиографическая ссылка

1. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М. : Наука, 1986.

S. A. Krat, V. V. Dvirnyj, V. V. Hristich JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

A. A. Filatov

JSC «Scientific industrial enterprise of fiber optical and laser equipment», Russia, Saint-Petersburg

METHOD OF «THE COMBINED FOCUSES» OF CONSTEUCTION OF THE EFFECTIVE SCHEME OF LIGHT STREAMS SUMMATION FROM SEPARATE RADIATION SOURCES

The authors consider problems of severisations to spacecraft's land thermal working regarding sunlight imitation in connection with production of non tight spacecrafts of new generation. The problems are solved with replacement of the existing water-cooling radiation systems on air-cooling constructed on the basis of modern serially produced solar spectrum lamps.

© Крат С. А., Двирный В. В., Христич В. В., Филатов А. А., 2011