Обзор основных характеристик современных электромеханических приводов для космических аппаратов

<Тешетневс^ие чтения. 2016

формы, схему силового набора, средствами конечно-элементного анализа проводит поверочные расчеты. При необходимости он вносит корректировки в конструкцию и повторяет расчет. Поскольку применению традиционного подхода посвящено множество трудов [2-4], представляет интерес новый метод создания оптимальной конструктивно-силовой схемы (КСС) рефлектора - топологическая оптимизация на базе современных систем численного инженерного анализа. Ее особенностью является то, что в процессе расчета формируется геометрия объекта, соответствующая требуемым критериям, например, заданной жесткости при минимальном значении массы [5; 6].

В рамках представленной работы использовано два вышеуказанных подхода к проектированию тонкостенных размеростабильных рефлекторов из высокомодульного углепластика, подкрепленных ребрами жесткости. Область применения рефлекторов - спутники связи, эксплуатируемые на геостационарной орбите.

На основе традиционного подхода разработаны три КСС тонкостенного размеростабильного рефлектора. Исходя из критерия равной жесткости (низшая собственная частота конструкции в раскрытом положении - не менее 40 Гц), выделена КСС, наилучшим образом удовлетворяющая массовым характеристикам. Применением топологической оптимизации ККС создана альтернативная схема размещения подкрепляющего набора ребер, соответствующая тому же критерию жесткости.

Для обеих полученных схем проведен прочностной расчет конструкции на нагрузки выведения, проанализировано напряженно-деформированное состояние, обусловленное градиентом температур при орбитальном функционировании. Осуществлено сравнение массовых характеристик, величин термодеформаций КСС, полученных двумя различными подходами.

Библиографические ссылки

1. Rao S., Shafai L., Sharma S. Handbook of Reflector Antennas and Feed Systems // Artech House, 2013. Vol. III. P. 13-75.

2. Жирнова Е. А., Банщикова M. Н. Робастное проектирование при изготовлении прецизионных антен-

ных рефлекторов из полимерных композиционных материалов // Решетневские чтения : материалы XVII Междунар. науч. конф. (12-14 ноября 2013, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. С. 411-413.

3. Yoder P. Jr., Vukobratovich D. Opto-Mechanical Systems Design. Design and Analysis of OptoMechanical Assemblies // Taylor & Francis Group, 2015. Vol. 1. 728 p.

4. Imbriale W. A. Space Antenna Handbook / W. A. Imbriale, S. Gao, L. Boccia // John Wiley & Sons,

2012. 744 p.

5. Bendsoe M. P., Sigmund O. Topology Optimization - Theory, Methods and Applications // Springer, 2003. Vol. XIV. 370 p.

6. Ansys Inc. ANSYS Theory Manual, версия 17.0, 2016.

References

1. Rao S. Handbook of Reflector Antennas and Feed Systems / S. Rao, L. Shafai, S. Sharma // Artech House,

2013. Vol. III. P. 13-75.

2. Zhirnova E. A., Banshchikova M. N. [Robust design to manufacture precision reflector antenna of polymer composites] // Materialy XVII Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XVII Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2013. P. 411-413. (In Russ.).

3. Yoder P., Jr. Opto-Mechanical Systems Design. Design and Analysis of Opto-Mechanical Assemblies / P. Yoder, Jr., D. Vukobratovich // Taylor & Francis Group, 2015. Vol. 1. 728 p.

4. Imbriale W. A. Space Antenna Handbook / W. A. Imbriale, S. Gao, L. Boccia // John Wiley & Sons, 2012. 744 p.

5. Bendsoe M. P. Topology Optimization - Theory, Methods and Applications / M. P. Bendsoe, O. Sigmund // Springer, 2003. Vol. XIV. 370 p.

6. Ansys Inc. ANSYS Theory Manual, version 17.0, 2016.

© Филина E. К., Архипов М. Ю., Голубев E. С., Михайловский К. В., 2016

УДК 629.76/78.064

ОБЗОР ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СОВРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Т. Г. Хадкевич, А. В. Токарев, Р. О. Уланов

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: hadkevic@mail.ru

Представлен краткий обзор основных характеристик электромеханических приводов. Проведен механический анализ линейного привода.

Ключевые слова: электромеханический привод, шариковинтовая передача, роликовинтовая передача.

"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов

OVERVIEW OF THE MAIN CHARACTERISTICS OF THE MODERN ELECTROMECHANICAL

ACTUATORS FOR SPACECRAFT

T. G. Khadkevich, A. V. Tokarev, R. O. Ulanov

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: hadkevic@mail.ru

The research overviews the main characteristics of electromechanical actuators; it analyses a linear actuator based on the sun.

Keywords: electromechanical actuator, ball screw transmission, roller screw transmission.

В связи с развитием новых технологий, таких как увеличение срока активного существования, увеличения габаритов трансформируемых конструкций космических аппаратов и т. д., для изделий космического машиностроения требуется повышение тактико-технических и эксплуатационных характеристик: точности позиционирования, высокой осевой жесткости, высокого КПД [1].

К современным приводным устройствам предъявляются следующие требования:

- ресурс не менее 15 лет;

- уменьшение массы;

- точность позиционирования не более 0,005 мм;

- осевая жесткость не менее 10 Н/мкм;

- диапазон рабочих температур от минус 70 до плюс 70 °С;

- работоспособность в условиях вакуума;

- высокая надежность и долговечность [2].

Важнейший элемент электромеханического привода - исполнительный механизм.

Данная работа посвящена исполнительным механизмам, преобразующим вращательное движение от двигателя в поступательное движение выходного звена.

В современных электромеханических приводах целесообразно использовать винтовые механизмы качения, которые имеют высокие эксплуатационные параметры, в том числе высокий КПД, поэтому их применение позволяет существенно снизить массу привода, что особенно важно для летательных аппаратов.

К винтовым механизмам качения относятся шари-ковинтовые механизмы (ШВМ) и роликовинтовые механизмы (РВМ).

Основные критерии при выборе передач:

- погрешность не более 5 мкм;

- статическая грузоподъемность не менее 150 Н;

- линейная жесткость не менее 10 Н/мкм [3].

В связи с тенденцией увеличения размеров трансформируемых конструкций космических аппаратов

остро встает вопрос о создании механизмов, которые бы обеспечивали точную юстировку из пространственного положения. В качестве основного прецизионного элемента таких устройств представляется возможным использовать ШВП ввиду высокой жесткости и точности данной передачи.

В АО «ИСС» имени М. Ф. Решетнева» имеются разработки высокоточных линейных приводов для применения в составе сложных крупногабаритных развертываемых антенных систем.

В таблице приведены основные характеристики электромеханических приводов, спроектированных на базе ШВП и РВП.

Представленные характеристики приводов на базе ШВП и РВП позволяют повысить точность наведения антенных систем на уровне КА [4].

Роликовинтовые и шариковинтовые передачи применяются в авиастроении, космической промышленности, в обороне, в автомобилестроении, станкостроении, медицине, измерительном оборудовании, лазерных установках, робототехнике, химической промышленности и в другом высокотехнологичном оборудовании [5].

В процессе работы был проведен механический анализ линейного привода. Данный анализ производился на конечно-элементной модели привода с использованием системы автоматизированного проектирования. Привод рассчитывался на следующие механические воздействия: статические и динамические. Были рассчитаны максимальные напряжения при механических воздействиях и определены минимальные запасы прочности.

Проведенный расчет и анализ результатов показали, что основные силовые элементы конструкции привода условиям прочности удовлетворяют.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что наиболее перспективными передачами, используемыми в высокоточных линейных приводах, являются шариковинтовые передачи.

Основные характеристики электромеханических приводов

Параметр Привод спроектирован на базе ШВП Привод спроектирован на базе РВП

Рабочий ход вдоль продольной оси ± 25 мм ± 25 мм

Максимальная погрешность позиционирования вдоль продольной оси не более 0,002 мм не более 0,005 мм

Линейная жесткость вдоль продольной оси не менее 10 Н/мкм не менее 10 Н/мкм

Решетневские чтения. 2016

Применение в высокоточных приводах позволит повысить тактико-технические и эксплуатационные характеристики: погрешность позиционирования, осевую жесткость.

Библиографические ссылки

1. Чеботарев В. Е., Косенко В. Е. Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения : учеб. пособие / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. 488 с.

2. Турпаев А. И. Винтовые механизмы и передачи. М. : Машиностроение, 1982. 224 с.

3. Важнейший элемент электромеханического привода [Электронный ресурс]. URL http://izvuzmash.ru/articles/37/37.pdf (Дата обращения 15.02.2016).

4. Роликовинтовые и шариковинтовые передачи [Электронный ресурс]. URL http://www.rvpberg.ru/ (Дата обращения 10.03.2016).

5. Чуйкина Л. В., Порпылев В. Г., Чуйкин Д. О. Тенденции развития приводов раскрытия // Решетнев-ские чтения. Красноярск, 2010. Ч. 1. С. 93-94.

References

1. Chebotarev V. E., Kosenko V. E. Osnovy proektirovaniya kosmicheskikh apparatov informatsionnogo obespecheniya. [Bases of design of satellites of information support]. Krasnoyarsk, Sib. gos. aerokosmich. un-t publ. 2011. 488 p.

2. Turpan A. I. Vintovye mekhanizmy i peredachi. [Screw mechanisms and transmissions]. M. : Engineering, 1982. 224 p.

3. Vazhneyshiy element elektromekhanicheskogo privoda [The most important element of an electromechanical drive]. Available at: http://izvuzmash.ru/ articles/ 37/37.pdf (reference date 15.02.2016).

4. Rolikovintovye i sharikovintovye peredachi [Roller and ball screws] Available at: http://www.rvpberg.ru/ (reference date 03.10.2016).

5. Tchouikina L. V., Porpylev V. G., Chuykin D. O. Tendentsii razvitiya privodov raskrytiya [Trends in the development of actuators disclosure] // Reshetnev readings. Krasnoyarsk 2010. P. 93-94.

© Хадкевич Т. Г., Токарев А. В., Уланов Р. О., 2016

УДК: 629.7.018.4:620.178.3

АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

В. И. Халиманович, Е. А. Лысенко, Н. В. Матюха

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

E-mail: mla340@iss-reshetnev.ru

Предлагаются алгоритм обработки экспериментальных данных акустических испытаний космического аппарата в реверберационной камере и метод борьбы с регулярными промышленными помехами в случайном широкополосном сигнале отклика.

Ключевые слова: выборка, реверберационная камера, регулярная помеха, спектр, спектральная плотность мощности, эргодичность.

THE ALGORITHM OF PROCESSING EXPERIMENTAL DATA OF SPACECRAFT

ACOUSTIC TESTING

V. I. Halimanovich, E. A. Lysenko, N. V. Matjuha

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: mla340@iss-reshetnev.ru

The paper proposes an algorithm of spacecraft acoustic test experimental data processing in reverberation chamber and the method of reduction of regular industrial noise in a broadband random signal of the response.

Key words: sample, reverberation chamber, regular noise, range, power spectrum density, ergodicity.

Отклик конструкций космических аппаратов (КА) на управляемое акустическое воздействие оценивают по сигналам, получаемым от акселерометров и микрофонов, установленных в различных точках КА и

реверберационной камеры. Результатом обработки являются спектральные плотности мощности (СПМ) и взаимные спектры анализируемых широкополосных случайных сигналов в заданном диапазоне частот.