Электромеханический блок устройства поворота батарей солнечных и оценка его несущей способности Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.785

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ БЛОК УСТРОЙСТВА ПОВОРОТА БАТАРЕЙ СОЛНЕЧНЫХ

И ОЦЕНКА ЕГО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

Е. В. Тамбасова Научный руководитель - Д. Б. Усманов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Представлен электромеханический блок устройства поворота батарей солнечных, разработанный с учетом целевой задачи - дистанционное исследование Луны в составе КА «Луна-Ресурс-1» (ОА). Приводится обоснование выбора составных частей блока. Стойкость силовой конструкции подтверждена расчетом на прочность.

Ключевые слова: электромеханический блок, устройство поворота батарей солнечных, исследование Луны, расчет на прочность.

ELECTROMECHANICAL BLOCK OF SOLAR ARRAY DRIVER MECHANISM AND EVOLUATION IT'S LOAD-CARRYING CAPABILITY

E. V. Tambasova Scientific Supervisor - D. B. Usmanov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

This article provides electromechanical block of solar array driver mechanism (SADM) is designed to install on the Moon remote explorer satellite «Luna-Resurs-1». Selection of the SADM components is given. Load-carrying capability of the mechanism structure is verified by stress analysis.

Keywords: electromechanical unit, solar batteries turning device, Moon research, strength analysis.

В последнее время ведущие космические державы мира все чаще говорят об изучении и освоении Луны. Речь идет о добыче и доставке на Землю дорогостоящих элементов и изотопов, таких как галлий и гелий-3. Роскосмосом разработана программа по изучению и освоению Луны, в состав которой входит космический аппарат (КА) «Луна-Ресурс-1», предназначенный для дистанционного исследования Луны.

Аппарат будет решать следующие задачи: картографирование минералогического состава Луны, исследование структуры подповерхностых слоев, топография лунной поверхности [1].

Электромеханический блок (ЭМБ) устройства поворота батарей солнечных (УПБС) предназначен для реверсивного вращения солнечных батарей относительно одной оси в соответствии с управляющими сигналами, а также для транзитной передачи электроэнергии с вращающихся панелей батарей солнечных на КА. Конструкция ЭМБ КА «Луна-Ресурс-1» является типовой, но с некоторыми специфическими особенностями. Он состоит из привода, датчиков углового положения, силового токосъемного устройства и телеметрического токосъемного устройства. Основные требования, предъявляемые ЭМБ: масса < 25 кг, вращающий момент на выходном валу > 100 Н м, максимальная скорость вращения вала 0,5 °/сек, момент инерции нагрузки 23 кг-м2, температура при эксплуатации от -20 до +50 °С. Конструкция разработанного блока представлена на рис. 1.

В качестве датчиков углового положения используются потенциометры СП4-8, производства АО «ИСС», так как они имеют простую конструкцию, а также обеспечивают заданную точность определения положения выходного вала. Также в конструкцию ЭМБ включена контактная группа, предназначенная для резервирования датчиков углового положения и для обнуления накопившейся

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

ошибки. Привод приводит в движение синхронный двигатель с электромагнитной редукцией производства АО «ИСС». Силовое токосъемное устройство имеет 8 силовых колец и обеспечивает пропускание тока величиной в 20 А через одно силовое кольцо.

Рис. 1. Внешний вид ЭМБ УПБС

Рис. 2. Силовая схема ЭМБ УПБС (разрез в изометрической проекции)

ЭМБ должен удовлетворять условиям прочности и сохранять работоспособность после воздействия на выходной фланец нагрузки, возникающей при раскрытии солнечных батарей в рабочее положение: Мх = ±500 Нм, так как она является критической [2].

Силовая схема ЭМБ включает следующие элементы: корпус и плата, кожух и фланец, соединитель, выходной вал и выходной фланец, подшипник, кольцо прижимное и зубчатое колесо (рис. 2). В силовую схему ЭМБ КА «Луна-Ресурс-1» был добавлен фланец выходной в отличие от типовой силовой схемы ЭМБ КА телекоммуникационного назначения. Это сделано для повышения несущей способности ЭМБ.

Корпус, плата, фланец, соединитель и кожух изготовлены из материала - пруток АМгбМ ГОСТ 21488-97. Фланец выходной - пруток В95 ГОСТ 21488-97. Выходной вал, колесо зубчатое, кольцо прижимное - пруток ВТ14 ОСТ 190266-86. Поскольку в качестве силовых элементов были выбраны детали из металлических материалов, то оценка прочности от воздействия момента Мх производилась на основе эквивалентных напряжений [3]. Запас прочности определялся по формуле:

П

- °т > 1.

Расчет проведен для всех элементов силовой схемы конструкции в приложении Static Analysis пакета CATIA. В местах крепления деталей между собой были введены абсолютно жесткие элементы RIGID, на которые и были наложены граничные условия и нагрузки. В таблице приведены результаты расчета фланца выходного и вала, так как именно в этих элементах возникают наибольшие эквивалентные напряжения. На рис. 3 показано напряженно-деформированное состояние фланца выходного.

Рис. 3. Напряженно-деформированное состояние фланца выходного

Таблица 1

Запасы прочности силовых элементов ЭМБ УПБС

Элемент конструкции Максимальное напряжение стэкв, МПа Предел текучести стт, МПа Запас прочности п

Фланец выходной 257 490 1,91

Вал выходной 217 750 3,46

В конструкцию силовой схемы ЭМБ УПБС КА «Луна-Ресурс-1» включен фланец выходной, в отличие от типовой силовой схемы ЭМБ УПБС КА телекоммуникационного назначения, для увеличения ее несущей способности. Приведено обоснование выбора составных элементов ЭМБ. Для наиболее критичного случая нагружения произведен прочностной расчет основных силовых элементов. Конструкция выдерживает заданные нагрузки с запасом прочности не менее 1,91. Запас прочности остальных силовых элементов конструкции больше 4, но не превышает 7,89. Далее планируется произвести тепловой расчет силовой схемы ЭМБ УПБС.

Библиографические ссылки

1. Космический аппарат «Луна-Ресурс-1» (ОА) [Электронный ресурс]. URL: http://www. laspace.ru/projects/planets/luna-resurs-oa/ (дата обращения: 03.03.2016).

2. Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин : учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Калининград : Янтар. сказ, 2002. 454 с.: ил., черт. Б.ц.

3. Биргер И. А. и др. Расчет на прочность деталей машин : справ. / И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр, Г. Б. Иосилевич. 4-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1993. 640 с.: ил.

© Тамбасова Е. В., 2016