CC BY
10Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
УДК 629.76
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
ЛИНЕЙНОГО ПЬЕЗОПРИВОДА*
А. В. Азин1, С. В. Пономарев1, С. В. Рикконен1, С. А. Кузнецов2
Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики Томского государственного университета Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 36 2АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: antonazin@niipmm.tsu.ru
Ряд отечественных отраслей, в том числе и космическая отрасль, нуждаются в линейных пьезоприводах, применение которых существенно снижает массогабаритные показатели исполнительных устройств космических аппаратов.
Ключевые слова: линейный пьезопривод, космический аппарат, колебательная система, физическая модель. EXPERIMENTAL RESEARCHING MODES OF PHYSICAL MODELS OF LINEAR PIEZO DRIVE
A. V. Azin1, S. V. Ponomarev1, S. V. Rikkonen1, S. A. Kuznetsov2
1Research institute of Applied Mathematics and Mechanics Tomsk State University 36, Lenina Av., Tomsk, 634050, Russian Federation
2JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: antonazin@niipmm.tsu.ru
Space industry needs linear piezo drives. The use of linear piezo drive significantly reduces the weight and overall dimensions of spacecraft actuators.
Keywords: linear piezo drives, spacecraft, oscillatory system, physical model.
В космической отрасли наиболее остро стоит вопрос уменьшения массогабаритных характеристик систем космического аппарата (КА). Одним из решений является замена электромеханических приводов различных устройств КА на пьезоприводы, при этом массогабаритные показатели соответствующих устройств уменьшается в разы [1-2].
В НИИ ПММ ТГУ разработана физическая модель конструкции линейного пьезопривода (ЛПП), предназначенного для однонаправленного движения направляющей рейки.
Конструкция ЛПП и схема проведения эксперимента представлена на рис. 1. На рисунке приняты следующие условные обозначения: Цт - напряжение управления пьезоактюатора МЛП-толкателя; Цф - напряжение управления МЛП-фиксатора; ишол - информационный сигнал напряжения управления МЛП-толкателя; Цдфик - информационный сигнал напряжения управления МЛП-фиксатора; ОТтол - информационный сигнал датчика сил МЛП-толкателя; ЦРфик -информационный сигнал датчика силы МЛП-фиксатора; Цуск - информационный сигнал акселерометра; в - вес груза.
МЛП толкатель жестко упирается в правую мембрану, в подвижном корпусе МЛП-толкатель свобод-
но движется и упирается в перемычку подвижного корпуса. Подвижный корпус состоит из двух частей: левая часть жестко соединена с МЛП-толкателем и жестко соединена с правой мембраной; левая часть трубы подвижного корпуса жестко соединена с левой мембраной и свободно движется в подшипниках скольжения, в этой трубе свободно движется МЛП-толкатель и жестко закреплен МЛП-фиксатор. При подачи сигнала на МЛП-толкатель он раздвигает две части подвижного корпуса, деформируя обе мембраны. Левая мембрана деформируется и передвигает рейку (рис. 1).
На физической модели ЛПП были отработаны методики экспериментальных исследований и определены частоты устойчивой работы устройства.
Эксперимент № 1. Частота питания 17,1 кГц (холостой ход ЛПП). Результат: скорость движения рейки - 0,05 мм/мин.
Эксперимент № 2. Частота питания 17,1-17,4 кГц (холостой ход ЛПП, резкое увеличение частоты питания на 100 Гц). Результат: скорость движения рейки -9 мм/мин.
Эксперимент № 3. Частота питания 17,1 кГц (вес груза 25 гр). Результат: скорость движения рейки -0,046 мм/мин.
*Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России, уникальный идентификатор RFMEFI57817X0257.
Решетневские чтения. 2017
Рис. 1. Схема эксперимента по исследованию режимов физической модели ЛПП
Эксперимент № 4. Частота питания 13,0 кГц (вес груза 25 г). Результат: вес груза, превышает силу тяги ЛПП.
В результате испытаний физической модели ЛПП была разработана методика определения рабочих режимов работы ЛПП, сняты частотные характеристики ускорения подвижной части ЛПП и частотные характеристики рабочих режимов ЛПП (рис. 2) [3-5].
Рис. 2. Экспериментальные частотные характеристики физической модели ЛПП:
1 - частотная характеристика ЛПП без нагрузки;
2 - частотная характеристика ЛПП с нагрузкой
Определены скорости движения направляющей рейки для трех режимов работы ЛПП: холостого хода; холостого хода с резким увеличением частоты питания; с грузом весом 25 гр. Частоты устойчивой работы ЛПП при наличии груза составляют 6.6 и 17,1 кГц.
Библиографические ссылки
1. Park S. Single vibration mode standing wave tubular piezoelectric ultrasonic motor // Theses and dissertations. Toronto, 2011. 136 p.
2. Active shape adjustment of cable net structures with PZT actuators / Z. Wang, T. Li, Y. Cao // Aerospace Science and Technology. 2013. P. 160-168.
3. Анализ работы пьезопривода по частотным характеристикам механоакустической колебательной системы / С. В. Пономарев, С. В. Рикконен, А. В. Азин // Изв. вузов. Физика. 2014. № 8/2, Т. 57. С. 196-202.
4. The applicability of acoustic emission method to modeling the endurance of metallic construction elements / S. V. Ponomarev, S. Rikkonen, A. Azin et al. // Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015. Vol. 71. P. 012056.
5. Моделирование колебательных процессов пьезоэлектрического преобразователя / С. В. Пономарев, С. В. Рикконен, А. В. Азин // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2015. № 2(34). С. 86-95.
References
1. Park S. Single vibration mode standing wave tubular piezoelectric ultrasonic motor // Theses and dissertations, Toronto, 2011, 136 p.
2. Wang Z., Li T., Cao Y. Active shape adjustment of cable net structures with PZT actuators Aerospace Science and Technology. 2013. P. 160-168.
3. Ponomarev S. V., Rikkonen S. V., Azin A. V. [Analiz raboty p'ezoprivoda po chastotnym kharakteristi-kam mekhanoakusticheskoy kolebatel'noy sistemy] Proceedings of the universities. Physics. 2014. Vol. 57, № 8/2. P. 196-202/ (In Russ.)
4. The applicability of acoustic emission method to modeling the endurance of metallic construction elements / S. V. Ponomarev, S. Rikkonen, A. Azin et al. // Conference Series: Materials Science and Engineering, 2015. Vol. 71. p. 012056.
5. Ponomarev S. V., Rikkonen S. V., Azin A. V. [Modelirovanie kolebatel'nykh protsessov p'ezoelek-tricheskogo preobrazovatelya] // Reporter of TSU. A series of mathematics and mechanics. 2015. № 2(34). P. 86-95/ (In Russ.)
© Азин А. В., Пономарев С. В., Рикконен С. В., Кузнецов С. А., 2017
