Имитация работы двигательной установки космического аппарата при наземных испытаниях

Решетневскуе чтения. 2013

Библиографические ссылки

1. Аналитическая модель автоколебаний плоского предохраниьельного клапана / В. Я. Свербилов, Г. М. Макарьянц, М. В. Макарьянц, Д. М. Стадник // Изв. Самар. науч. центра Рос. акад. наук. 2010. Т. 12. № 4.

2. Обеспечение устойчивости регулятора давления газа непрямого действия посредством установки дросселя на входе / Д. М. Стадник, В. Я. Свербилов, Г. М. Макарьянц, М. В. Макарьянц // Вестник СГАУ. 2012. № 4 (35).

3. Свербилов В. Я., Стадник Д. М. Исследование динамических характеристик системы регулирования давления в газовой подушке топливного бака ЖРД // Изв. Самар. науч. центра Рос. акад. наук. 2011. Т. 13. № 4(3).

References

1. Analiticheskaja model' avtokolebanij ploskogo predohrani'el'nogo klapana / V. Ja. Sverbilov, G. M. Ma-karjanc, M. V. Makar'janc, D. M. Stadnik // Izvestija Samarskogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk, t. 12, № 4, 2010.

2. Obespechenie ustojchivosti reguljatora davlenija gaza neprjamogo dejstvija posredstvom ustanovki drosselja na vhode / D. M. Stadnik, V. Ja. Sverbilov, G. M. Makar'janc, M. V. Makar'janc // Vestnik SGAU, 2012, № 4 (35).

3. Sverbilov, V. Ja., Stadnik D. M. Issledovanie dinamicheskih harakteristik sistemy regulirovanija davlenija v gazovoj podushke toplivnogo baka ZhRD // Izvestija Samarskogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk, t. 13, № 4(3), 2011.

© Свербилов В. Я., Стадник Д. М., 2013

УДК 629.78.054

ИМИТАЦИЯ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

ПРИ НАЗЕМНЫХ ИСПЫТАНИЯХ

Д. Е. Синицкий, А. В. Мурыгин

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

Рассматриваются основные принципы построения, структура комплекса имитации двигательной установки (КИДУ). Описывается принцип его действия и функциональные возможности.

Ключевые слова: космический аппарат, двигательная установка, имитатор.

IMITATION OF ACTIVITY OF THE PROPULSION SYSTEM OF THE SPACE VEHICLE

AT GROUND TESTS

D. E. Sinitsky, A. V. Murygin

JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia

The basic principles of construction, the imitation complex structure of the propulsion system (ICPS) are considered. The principle of its operation and functionality is described.

Keywords: spacecraft, propulsion system, simulator.

Наиболее эффективным способом испытаний систем ориентации и стабилизации являются испытания с применением принципов полунатурного моделирования [1], при этом имитация движения КА осуществляется путем установки датчиков СОС на динамические поворотные стенды. На стендах датчики движутся по отношению к имитаторам ориентиров аналогично их угловому движению на борту спутника, относительно Солнца и Земли, звезд.

Датчики, установленные на поворотных стендах [2], измеряют параметры углового движения и выдают информацию об угловом положении относительно имитаторов Земли и Солнца. По показаниям датчиков СОС формирует необходимые управляющие сигналы на исполнительные органы, с помощью которых создаются управляющие моменты на спутник.

Однако по ряду причин не всегда при проведении наземных испытаний СОС удается использовать реальные приборы и устройства. Например, двигательная установка СОС (двигатели ориентации), для работы которой необходимо иметь топливные емкости и определенную камеру, а также дорогостоящее оборудование, которое с требуемой точностью может измерять тягу каждого двигателя ДУ. Как правило, проведение наземных испытаний СОС с использованием реальной ДУ является нецелесообразным и приводит к неоправданно большим материальным затратам.

Для решения этих проблем в ОАО «ИСС» модернизирован имитатор двигательной установки, в результате чего обеспечены:

- имитация работы двигательных установок КА

Контроль и испытания ракетно-космической техники

с учетом реализации законов нарастания и спада тяги при включении и выключении ДУ;

- прием от бортового комплекса управления сигналов управления;

- имитацию включения двигательной установки с требуемой периодичностью;

- формирование выходных параметров в БКУ КА: телеметрических параметров, сигналов.

Его отличием является включение в контур управления компьютера, который формирует по программе нужные законы изменения тяги двигателя при включении и выключении ДУ. Структурная схема модернизированного имитатора представлена на рисунке.

При наземных испытаниях СОС БКУ КА выдает в ИДУ сигналы управления на включение/отключение клапанов ДУ. Данный сигнал поступает в ИДУ. ИДУ выполнен из релейных ключей, каждый соответствует одному из восьми клапанов ДУ.

При поступлении сигнала управления происходит замыкание соответствующего ключа, что означает открытие выбранного клапана ДУ. Блок формирования тяги (БФТ) реализован в отдельном ПК и предназначен для формирования тяги ДУ по заданному закону. БФТ опрашивает ИДУ напряжением 5В, при этом открытие какого-либо клапана ДУ соответствует сопротивлению 5 Ом, закрытое состояние клапанов соответствует сопротивлению не менее 200 кОм.

Для реализации БФТ используется ПК с установленной на него программой расчета тяги (ПРТ). ПРТ предназначена для расчета значения тяги в моменты включения и отключения имитатора ДУ.

В зависимости от полученных исходных данных для КА на значения тяги ДУ ПРТ определяет значение тяги в текущий момент времени, учитывая при этом законы нарастания и спада тяги.

Законы спада и нарастания тяги ДУ определены экспериментально. Выразим их в виде аналитических выражений [3].

Выражение (1) описывает закон нарастания тяги:

ТН (г) = -4.12 -10-8 • г5 + 7,75 -10-6 • г4 -4,856-10-4 • гъ +

+9,836-10-3 • г2 + 4,89-10-2 • г + 6,08.

Выражение 2 описывает закон спада тяги:

ТС (1) =-0,0011 • г4 + 0,0273 • г3 - 0,226 • г2 -

-0,378 • г + 8,025.

Полученные уравнения 1 и 2 описывают законы нарастания и спада тяги в момент включения и отключения ДУ с точностью, не превышающей 1 %.

БФТ передает значения тяги Тс (г), Тн (г) в КСДУ с тактом 50 мс, необходимые для определения угловой скорости движения динамических стендов ю .

Вывод. Разработка комплекса имитации двигательной установки позволила имитировать в лабораторных условиях работу двигательной установки с учетом промежутков нарастания и спада тяги ДУ, что обеспечило более точную имитацию движения КА, работу комплекса полунатурного моделирования при наземных испытаниях СОС КА, а следовательно, улучшило качество испытаний КА.

Структурная схема модернизированного ИДУ: уКЬ - сигналы включения клапанов двигательной установки (ДУ); ПК - персональный компьютер; ю - угловая скорость движения динамических стендов

Библиографические ссылки

1. Барышников Н. В. Использование полунатурных методов моделирования при проектировании сложных лазерных оптико-электронных систем // Наука и образование. 2011. № 2. С. 1-28.

2. Карпенко С. О., Овчинников М. Ю. Лабораторный стенд для полунатурной отработки систем ориентации микро- и наноспутников / ИМП им. М. В. Келдыша РАН. М., 2008.

3. Корн Г., Котн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М. : Наука, 1973.

References

1. Baryshnikov N. V. Ispol'zovanie polunaturnyh metodov modelirovanija pri proektirovanii slozhnyh lazernyh optiko-jelektronnyh sistem// Nauka i obrazovanie. 2011. № 2. S. 1-28.

2. Karpenko S. O., Ovchinnikov M. Ju. Laboratornyj stend dlja polunaturnoj otrabotki sistem orientacii mikro-i nanosputnikov ; IMP im. M. V. Keldysha RAN. M., 2008.

3. Korn G., Kotn T. Spravochnik po matematike dlja nauchnyh rabotnikov i inzhenerov: Izdatel'stvo nauka. Moskva. 1973.

© Синицкий Д. Е., Мурыгин А. В., 2013