Возможный путь обеспечения надежности приводных устройств крупногабаритных трансформируемых антенн космических аппаратов

Решетневскце чтения

Для предотвращения получения лишенных физического смысла результатов расчета используется диагональная форма матрицы обобщенной теплоемкости, что позволяет автоматизировать процесс выбора шага и схемы интегрирования по времени.

Второй программный комплекс ориентирован на исследование полей термонапряжений в тех же конструкциях с учетом различных механических характеристик компонентов композитов, неупругого характера деформирования и внутрипорового давления продуктов деструкции. Кроме того, в нем реализован алгоритм численного решения задачи контактного

взаимодействия отдельных деталей конструкции между собой с учетом зазоров и клеевых соединений.

Авторами было проведено численное моделирование нестационарного деформирования элементов конструкций ракетно-космической техники и выполнен анализ термодеформирования силовой конструкции крупногабаритного антенного параболического отражателя искусственного спутника Земли, выполненного из высокомодульного УП и установленного на углепластиковой пространственной ферменной конструкции, при воздействии высокоинтенсивного теплового потока.

N. N. Golovin, G. N. Kuvyrkin Bauman Moscow State Technical University, Russia, Moscow

NUMERICAL SIMULATION OF THERMOSTRESSED STATE OF SPACE-ROCKET HARDWARE ELEMENTS MADE OF COMPOSITE MATERIALS

Phenomenological and structural mechano-mathematical models are proposed for carbon-based composites used in thermostressed space-rocket hardware elements. Specific features of numerical simulation of temperature and thermostress fields in constructions using finite element method on specialized software packages are described. Examples of computation for certain thermostressed constructions are presented.

© Головин Н. Н., Кувыркин Г. Н., 2011

УДК 621.396.67.001.4

В. В. Двирный, И. В. Болдина, Г. В. Двирный ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

М. С. Пакман

Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

ВОЗМОЖНЫЙ ПУТЬ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПРИВОДНЫХ УСТРОЙСТВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ТРАНСФОРМИРУЕМЫХ АНТЕНН КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Рассмотрена возможность усовершенствования приводного устройства механизма прецизионного позиционирования крупногабаритных трансформируемых антенн за счет использования инновационных бесколлекторных двигателей постоянного тока.

Механизм прецизионного позиционирования (МПП) осуществляет перевод антенны в раскрытую (орбитальную) конфигурацию. Основным элементом МПП является приводное устройство, которое обеспечивает выполнение основных требований, предъявляемых к МПП:

- поддержание заданных параметров по кинематике и динамике раскрытия антенны, юстировке зеркала антенны;

- обеспечение заданной надежности работы в процессе эксплуатации на орбите при больших перепадах температур;

- размещение антенны в стартовом положении в заданном объеме зоны полезного груза космического аппарата.

В настоящее время в конструкцию крупногабаритных трансформируемых антенн зонтичного типа с

радиальными профилируемыми спицами введены дополнительные шарниры, соединяющие шарниры спиц со ступицей рефлектора и имеющие ось вращения в плоскости раскрытия спицы. Все шарниры снабжены своими электроприводами, причем оси каждой пары «шарнир-привод» совпадают. Антенна, имеющая шесть силовых спиц, оборудована 18 встроенными электроприводами, которые должны обеспечивать высокий уровень точностных, динамических и ресурсных характеристик МПП, а также возможность работы привода в качестве ограничителя скорости даже в обесточенном режиме.

В качестве электропривода авторы предлагают использовать бесколлекторные двигатели постоянного тока с дублированием обмоток.

Достоинствами этих двигателей являются:

- широкий диапазон изменения частоты вращения;

"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

- широкий диапазон рабочих температур;

- бесконтактность и отсутствие узлов, требующих технического обслуживания;

- большая перегрузочная способность по моменту;

- высокие энергетические показатели (КПД более 90 %);

- длительный срок службы, высокая надежность и повышенный ресурс работы за счет отсутствия скользящих электрических контактов.

Технический эффект от их использования состоит:

- в повышении надежности работы МПП;

- повышении точности позиционирования антенны;

- выполнении основных требований, предъявляемых к МПП.

В обесточенном состоянии возможно применение привода из материала с эффектом памяти формы, например никелида титана. Экспериментальные исследования такого привода показали его принципиаль-

ную работоспособность при температуре фазового (мартенситного) превращения 70 °С. Имеется возможность поднять указанную температуру до 110 °С при легировании сплава золотом.

Для работы электропривода крупногабаритного трансформируемого рефлектора космической обсерватории, работающего в условиях криогенных температур, может быть использован эффект сверхпроводимости, при этом дублированные обмотки будут иметь минимальные размеры и массу.

Для рефлектора телескопа при температуре 4 К сопротивление дублированных обмоток стремится к нулю. Расчеты показывают, что достаточно нескольких витков для получения вектора магнитной напряженности необходимой величины, чтобы обеспечить требуемые момент и скорость вращения выходного вала. При этом массивного магнитопровода из магни-томягкого железа не требуется.

V. V. Dvirnyi, I. V. Boldina, G. V. Dvirnyi JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

M. S. Pakman Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

A POSSIBLE WAY FOR SECURE RELIABILITY OF DRIVE DEVICE LARGE-SIZE TRANSFORMABLE CONSTRUCTION ANTENNAS OF SPACECRAFT

In the article the author considers possibility of improved actuator mechanism for precise positioning of large antennas transformed by the use of innovative contactless linear motors and stepper motion with microcontroller vector control.

© .BHpHtm B. B., EojiflHHa H. B., .BHPHLIH r. B., naKMaH M. C., 2011

УДК 629.78.08.018

А. А. Дроздов, П. А. Колтунов

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

СИСТЕМА КОМПЕНСАЦИИ ВЕСОВОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ТРАНСФОРМИРУЕМЫХ АНТЕНН

Рассмотрены вопросы построения системы компенсации весовой составляющей на основе электроприводов, применяемой при наземных испытаниях крупногабаритных трансформируемых антенн космических аппаратов.

В настоящее время широкое применение в космических телекоммуникационных системах получают крупногабаритные трансформируемые антенны, которые состоят из многозвенного трансформируемого силового каркаса, вантовой системы, рефлектора, выполненного из сетеполотна, и облучателя.

Одним из важнейших условий при моделировании таких антенн является компенсация весовой составляющей элементов их конструкции для устранения ее деформации или разрушения под действием силы земного тяготения при наземных испытаниях или при физической отработке и проверке работы системы управления на Земле до проведения летных испытаний [1].

Анализ существующих механических систем компенсации весовой составляющей выявил ряд их недостатков:

- значительные неконтролируемые отклонения от вертикали гибкой связи относительно точки подвеса и перемещающейся каретки;

- невозможность изменения усилия компенсирующего весовую составляющую элемента изделия при его движении по сложной траектории.

С учетом изложенного проектирование системы компенсации весовой составляющей проводилось на основе интеллектуальных электроприводов [2].

Конструкция антенны - система спиц, на которых закреплено металлическое сетеполотно - параболический зонт.