Моделирование микровибраций в космическом аппарате Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 629.13.01

МОДЕЛИРОВАНИЕ МИКРОВИБРАЦИЙ В КОСМИЧЕСКОМ АППАРАТЕ

Д. Ф. Баляков, Д. В. Егоров, Е. Д. Мироненко, А. В. Шатов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: d-bolyakov@iss-reshetnev.ru

Изложена процедура моделирования воздействия микровибрации на точную аппаратуру космического аппарата дистанционного зондирования, приведен алгоритм моделирования и основные результаты численного моделирования, подтверждающие выполнение заданных требований.

Ключевые слова: микровибрация, конечно-элементная модель, космическая обсерватория.

SPACECRAFT MICROVIBRATION SIMULATION

D. F. Balyakov, D. V. Egorov, E. D. Mironenko, A. V. Shatov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: d-bolyakov@iss-reshetnev.ru

The article covers the procedure of the spacecraft precession devices microvibration simulation and major results of numerical simulation are presented giving evidence of compliance to the specified requirements.

Keywords: microvibration, finite-element model, spacecraft observatory.

Влияние микровибраций на точную аппаратуру, в настоящее время является одним из важнейших факторов при проектировании высокоточных крупногабаритных конструкций дистанционного зондирования. Изначально влиянию микровибраций серьёзного значения не придавалось, в силу отсутствия угрозы для разрушения конструкции КА. Однако в настоящее время основное влияние микровибраций следует учитывать при создании высокоточного оборудования дистанционного зондирования. Возросшие требования по точности работы целевой аппаратуры, накладывают существенные ограничения на уровни микровибраций работающих систем КА. Основным негативным фактором влияния микровибраций является «размытие» получаемой картинки, что в условиях повышения качества получаемой информации является недопустимым. Влияние микровибрации на работу целевой аппаратуры КА ДЗЗ представлено на рис. 1.

Рис. 1. Влияние микровибрации на работу целевой аппаратуры КА ДЗЗ

Одним из наиболее частых источников микровибрационного воздействия, является работа управляющих двигателей маховиков (УДМ). Уровни микровибрации, при работе данного агрегата, в два раза превышают уровни, создаваемые колебаниями теплоносителя системы терморегулирования,

Секция «Механика конструкций ракетно-космической техники»

и таким образом являются определяющими при выборе параметров моделирования функции внешнего нагружения [2].

Помимо дистанционного зондирования земной поверхности аэрокосмическими средствами, интерес представляют КА для исследования дальнего космоса, а именно космические обсерватории (КО). Впервые, проблему микровибраций в серьез начали рассматривать на этапе эскизного проектирования КО «Спектр-М», более известной как «Миллиметрон». Целевая аппаратура (главное зеркало) КО «Миллиметрон», представлена на рис. 2.

Рис. 2. КО «Миллиметрон»

Исходя из вышесказанного возникает проблема в объективном математическом описании и анализе указанной выше проблемы, для определения требований по виброзащите целевой аппаратуры КО.

Цель данной работы - дать предварительную оценку влияние микровибраций на перемещения контррефлектора главного зеркала КО «Миллиметрон».

В ходе выполнения работы были решены следующие задачи:

1. Создать конечно-элементную модель контррефлектора;

2. Определить входной уровень нагружения;

3. Определить функцию внешнего нагружения;

4. Определить коэффициенты передачи исследуемой конструкции.

Для достижения поставленной цели и решения указанных задач, была сформирована конечно-элементная модель контррефлектора оптической системы в программном модуле М8С Ка81хап. В расчетной схеме реальный объект заменяется дискретной моделью, которая представляет собой совокупность узлов и связанных с ними конечных элементов с соответствующими свойствами. Модель состоит из 60002 узлов и 60003 элементов. Штанги опор смоделированы балочными элементами, зеркало смоделировано сосредоточенной массой. КЭМ контррефлектора (рис. 3) [1].

Рис. 3. Формирование КЭМ контррефлектора

Функция внешнего нагружения - единичное воздействие ускорения изменяющегося по гармоническому закону в полосе частот 0-1000 Гц, приложенное в боковом направлении (вдоль оси X - на основе экспертных данных по отработке предшествующих проектов подобного технического уровня) [3]. Шаг дискретизации по частоте 0,1 Гц. Выходные данные - коэффициенты передачи в контроль-

ных узлах. Для оценки полученных результатов и исходя из требований по работе аппаратуры максимальные перемещения не должны превышать 6 микрон. Входная функция нагружения представлена на рис. 4.

Рис. 4. Входная функция нагружения Результаты расчета влияния микровибраций представлены на рис. 5 и 6.

Рис. 5. Перемещение в контрольном узле Рис. 6. Ускорение в контрольном узле

Коэффициент передачи для перемещений составляет 35-10-6. Реальный уровень микровибрационного воздействия УДМ составляет порядка 0,054g. Расчетная величина перемещений составляет 1,89-10-6м, что удовлетворяет заданным требованиям по точности. Применение средств виброизоляции не требуется.

Полученные значения перемещений и ускорений на данном этапе являются предварительными, и в дальнейшем будут уточняться после выпуска конструкторской документации и проведения наземной экспериментальной отработки.

Библиографические ссылки

1. Шимкович Д. Г. БЕМАР & КА8ТЯАК. Инженерный анализ методом конечных элементов. М. : ДМК Пресс, 2008. 701 с.

2. Беляев Б. Б., Тарасенко Н. В., Тарасенко П. А. Способ прецизионного наведения космического ультрафиолетового телескопа // Измерительная техника. 2012. № 1. С. 30-33.

3. Соловьева Т. И., Шатров А. К. Комплексный подход к анализу динамического поведения спутников // Вестник СибГАУ. 2007. Вып. 2(15). С. 195-197.

© Баляков Д. Ф., Егоров Д. В., Мироненко Е. Д., Шатов А. В., 2015