Система активной компенсации веса и возбуждения колебаний КТС при модальных испытаниях

с обеспечением требуемых усилий натяжения всех шнуров без сложного оборудования.

Основные укрупненные этапы предложенной методики:

- верификация конечно-элементной модели (КЭМ);

- расчет по КЭМ деформаций силового каркаса и оценка перемещений регулировочных элементов для обеспечения заданного в КД положения;

- расчет по КЭМ деформаций ФОС и оценка длин шнуров в ненапряженном состоянии, а также величин перемещений регулировочных элементов шнуров;

- расчет по КЭМ усилий обезвешивания;

- построение технологических разверток элементов ФОС для сборки «на полу» в ненапряженном состоянии с указанием рассчитанных длин участков шнуров;

- монтаж собранных «на полу» элементов ФОС на силовой каркас в ненапряженном (присложенном) состоянии;

- монтаж системы обезвешивания с рассчитанными усилиями;

- раскрытие рефлектора;

- точная подстройка.

Ключевое отличие предложенной методики заключается в существенном увеличении доли расчетных работ для обеспечения процесса сборки. Реализация методики позволит обеспечить заданную форму поверхности с относительно небольшими отклонениями, а также равномерность усилий натяжения шнуров ФОС уже на этапе начальной сборки за счет учета влияния внутренних напряжений. Описанная методика будет реализовываться в процессе сборки рефлектора диаметром до 48 м, разрабатываемого ОАО «ИСС» по заказу Российского космического агентства в рамках ОКР «Прибор-Рефлектор».

© Величко А. И., Шендалев Д. О., 2014

УДК 531.133.3

СИСТЕМА АКТИВНОЙ КОМПЕНСАЦИИ ВЕСА И ВОЗБУЖДЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ КТС

ПРИ МОДАЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЯХ

А. Г. Верхогляд1, С. Н. Макаров1, Д. А. Маринин2, Д. В. Чураков3

1Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН Российская Федерация, 630058, г. Новосибирск, ул. Русская, 41. E-mail: chugui@tdisie.nsc.ru

2ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

3Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: dv.churakov@gmail.com

Рассмотрены особенности построения напольной автоматизированной системы обезвешивания и проведения модальных испытаний (АСОМИ), предназначенной для проведения испытаний крупногабаритных трансформируемых систем (КТС).

АСОМИ должна обладать достаточной универсальностью и одновременно выполнять следующие функции: обезвешивание изделия, обеспечение распределенных векторов усилий возбуждения в точках подвеса, измерение и регистрация всех пространственных координат с синхронной привязкой всех данных во времени. Для построения такой системы обезвешивания рассматривается техническое решение, основанное на множестве синхронных устройств компенсации веса (активных электромеханических опор), управляемых общим компьютером.

Ключевые слова: крупногабаритные трансформируемые системы, КТС, обезвешивание, модальные испытания.

ACTIVE WEIGHT COMPENSATION AND FORCE EXCITATION SYSTEM FOR MODAL TESTING OF THE LARGE-SIZE TRANSFORMING OBJECTS

A. G. Verkhoglyad1, S. N. Makarov1, D. A. Marinin2, D. V. Churakov3

technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering SB RAS 41, Russkaya str., Novosibirsk, 630058, Russian Federation. E-mail: chugui@tdisie.nsc.ru 2JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation 3Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. Е-mail: dv.churakov@gmail.com

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космическихаппаратов

There are some features of the floor-based automated system for weight compensation and modal testing (ASWMT) of the large-size transforming systems (LSTS).

ASWMT provides sufficient universality and has the following functions: object weight compensation, providing the time-varying distributed excitation force vectors in every suspension point, measurement and registration of all spatial coordinates/forces in suspension points with time-synchronous data logging for every system parameter.

The technical solution of such a system is based on a set of floor-based weight compensation devices (active electromechanical support devices) which are synchronously operated by the main computer via specialized control network.

Keywords: large-size transforming systems, weight compensation, modal tests.

Ключевым узлом автоматизированной системы обезвешивания АСОМИ (рис. 1) является разработка и реализация устройств компенсации веса (УКВ), которые должны обладать следующими одновременно выполняемыми функциями:

1) выполнение функции обезвешивания фрагмента изделия, заключающееся в компенсации гравитационного усилия (Z) и поперечных статических усилий (X, Y), при этом должна активно подавляться присоединенная масса (УКВ) для минимизации влияния УКВ на обезве-шиваемый объект при его модальных испытаниях;

2) проигрывание произвольного по направлению и амплитуде вектора усилия в точке обезвешивания в рабочем диапазоне частот;

3) измерение и синхронная регистрация с привязкой к абсолютному времени координат траектории точки обезвешивания совместно с вектором усилия возбуждения.

Помимо этих функций, УКВ должно обладать возможностью сервисных функций, таких как прецизионное позиционирование (выборочное удержание осей X, Y, Z) координаты точки обезвешивания в диапазоне допустимого перемещения фрагмента обезве-шиваемого изделия.

На рис. 2 схематично представлена упрощенная модель устройства компенсации веса (для ясности показана только ось Z).

Для решения поставленной задачи была выбрана схема построения стойки УКВ, на основе блоков усилия (линейных двигателей с подвижной катушкой типа «voice coil» в качестве линейных источников усилия) с минимальной жесткостью по осям XYZ. Положение каждой оси контролируется бесконтактным оптическим датчиком с разрешением в 1 мкм.

Для компенсации малого диапазона перемещения линейных двигателей в конструкцию введена платформа кинематического слежения - XYZ позиционер, выполняющий функции компенсации диапазона пе-

ремещений линейных двигателей с разрешением 1-6 мкм.

Применение оптических датчиков высокого разрешения [1] и оригинальных алгоритмов управления позволило реализовать все функции УКВ (обезвеши-вание, подавление присоединенной массы в динамике, возбуждение колебаний и измерение траектории движения) без использования датчиков усилия и акселерометров, что особо важно при малых частотах и ускорениях.

Технические характеристики автоматизированной системы обезвешивания и проведения модальных испытаний (АСОМИ):

Усилие обезвешивания каждой стойки УКВ, Н, не менее 100.

Статическая (во время проведения модальных испытаний) компенсация веса обезвешиваемых частей КТС с относительной погрешностью, %, не более 0,02.

Динамическая (во время проведения модальных испытаний) компенсация веса обезвешиваемых частей КТС с относительной погрешностью, %, не более 0,2.

Номинальное значение диапазона частот колебаний при проведении модальных испытаний, Гц 0,01-30.

Максимальное значение вынуждающей силы в вертикальном направлении (во время проведения модальных испытаний), Н, не менее 5.

Диапазон перемещений КТС во время модальных испытаний в поперечном направлении, мм, не менее ±50.

Диапазон перемещений КТС во время модальных испытаний в вертикальном направлении, мм, не менее ±50.

Погрешность измерения координат положения объекта, мкм, не более ±10.

Устройства компенсации веса

«Обезвешиваемая» конструкция

Стойка сбора данных и управлени процессом

Рис. 1

«Обезвешиваемый» элемент конструкции

Шарнир

Плоский диск

Рис. 2

Reference

1. Chugui Yu. V., Latyshev A. V., Makarov S. N., Plotnikov S. V., Senchenko E. S., Sysoev E. V., Verkhogliad A. G., Zav'yalov P. S. 3D optical measuring technologies for scientific and industrial applications //

Proc. 10th IMEKO Symposium Laser Metrology for

Precision Measurement and Inspection in Industry (LMPMI-2011). Braunschweig, 2011 : VDI-Berichte. Dusseldorf, 2011, no. 2156, p. 13-22.

© Верхогляд А. Г., Макаров С. Н., Маринин Д. А., Чураков Д. В., 2014