Исполнительный орган для управления малым космическим аппаратом на базе механической системы «Электродвигатель-редуктор-маховик» Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневскце чтения

УДК 699.7.054.847

В. С. Дмитриев, Т. Г. Костюченко, М. В. Поляков Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Россия, Томск

Г. Н. Гладышев, А. А. Васильцов ОАО «Научно-производственный центр «Полюс», Россия, Томск

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МАЛЫМ КОСМИЧЕСКИМ АППАРАТОМ НА БАЗЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ-РЕДУКТОР-МАХОВИК»

Рассматривается исполнительный орган системы ориентации малого космического аппарата, выполненный на основе микроэлектродвигателя и волнового редуктора, на выходном валу которого установлен маховик. Для принудительного торможения маховика имеется магнитный демпфер.

Развитие космической отрасли требует постоянного совершенствования элементов космической техники на основе новых технических решений и технологий.

В проводимой работе рассматривается новая модификация электромеханического исполнительного органа, состоящего из микроэлектродвигателя, редуктора, установленного на его выходном валу маховика и переключающей муфты. Функция последней -обеспечивать жесткое механическое сцепление маховика в рабочем режиме с выходной ступени редуктора и разъединение его от выходной ступени в нерабочем режиме.

Кроме того, исполнительный орган имеет магнитный демпфер, который обеспечивает торможение маховика в нерабочем режиме.

В рассматриваемом исполнительном органе (рис. 1), как и в электромеханическом исполнительном органе классического типа [1], управляющий момент генерируется в соответствии с выражением

к

м„

ёИ Тё О

м упр =-= 3--,

упр ж ж

Рис. 1. Структурная схема исполнительного органа: 1 - маховик; 2 - магнитный демпфер; 3 - муфта; 4 - волновой редуктор; 5 - микроэлектродвигатель

Работа данного исполнительного органа в виде циклограммы представлена на рис. 2.

Шт

м......

1--

У \

рабочий режим

-¿2

- £ -щ

~Ч>КА

рабочий режим

нерабочий режим

У»Р

I

NN

N

~М„

(1)

где 3 - момент инерции маховика; О - угловая скорость маховика.

Рис. 2. Циклограмма работы исполнительного органа: Щка - угол отклонения космического аппарата; Мупр - управляющий момент исполнительного органа; е - угловое ускорение маховика, О - угловая скорость маховика

Рассматриваемый исполнительный орган обладает определенными преимуществами в сравнении с эксплуатируемыми исполнительными органами на базе регулируемых по скорости электродвигателей-маховиков:

1) математическая модель значительно проще, что существенно упрощает расчетные процедуры при проектировании и оптимизацию параметров;

2) увеличивается ресурс, т.к. исполнительный орган работает в зоне малых угловых скоростей;

3) не требуется система разгрузки исполнительных органов;

4) уменьшается потребление мощности;

5) улучшается массовая характеристика;

6) упрощается блок управления исполнительным органом;

7) повышается общая надежность системы «исполнительный орган - блок управления».

Библиографическая ссылка

1. Раушенбах Б. В., Токарь Е. Н. Управление ориентацией космических аппаратов. М. : Наука, 1974.

"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

V. S. Dmitriev, T. G. Kostuchenko, M. V. Polyakov National Research Tomsk Polytechnic Univercity, Russia, Tomsk

G. N. Gladishev, A. A. Vasilcov OJSC «Scientific-Production Center «Polus», Russia, Tomsk

EXECUTIVE BODY BASED ON THE MECHANICAL SYSTEM «ELECTRIC MOTOR-GEARBOX-FLYWHEEL» FOR SPACECRAFT CONTROL

The executive body of the orientation system of a small spacecraft is considered. The body is produced on the basis of the micro electric motor, harmonic reducer and flywheel, which is installed on output shaft of harmonic reducer.

© Дмитриев В. С., Костюченко Т. Г., Поляков М. В., Гладышев Г. Н., Васильцов А. А., 2012

УДК 699.7.054.847

В. С. Дмитриев, Т. Г. Костюченко, Е. А. Тараканец Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Россия, Томск

АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТНО-ПРОЕКТНЫХ РАБОТ НА ЭТАПЕ РАЗРАБОТКИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ СИСТЕМЫ ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Рассматривается структура САПР, позволяющая автоматизировать рутинные операции расчета параметров математической модели и выпуска конструкторской документации исполнительного органа системы ориентации космического аппарата

Проектирование новой техники - процесс творческий, но в нем присутствует очень много рутинных операций, которые в целях экономии времени можно переложить на вычислительную технику. Кроме того, в настоящее время использование новых разработанных САБ/САМ/САЕ-систем использование их в процессе проектирования существенно повышает качество проектных работ.

Концепция автоматизированного проектирования стала важнейшим фактором ускорения научно технического прогресса. Системы автоматизированного проектирования (САПР) в России применяются в проектных организациях с целью:

- повышения качества и технико-экономического уровня;

- повышения эффективности проектирования;

- уменьшения затрат на этап проектирования;

- сокращения сроков, уменьшения трудоемкости проектирования и повышения качества проектной документации.

Зачастую под САПР понимают процесс расчета с помощью компьютера одного или нескольких параметров проектируемого изделия или решение отдельных инженерных задач. При этом не учитывается, что для САПР, по большому счету, объектом автоматизированного проектирования является весь жизненный цикл изделия.

На кафедре Точного приборостроения проводятся в научных и в учебных целях НИР и НИРС автоматизация расчетно-проектных работ в области проектирования электромеханических исполнительных органов систем ориентации космических аппаратов.

Математическая модель исполнительного органа системы ориентации космического аппарата состоит из порядка 22 уравнений, где эксплуатационные параметры связаны как прямой, так и обратной зависимостями. Поэтому обеспечение рационального комплекса эксплуатационных характеристик с оптимизацией отдельных параметров является весьма трудоем -кой задачей, практически не решаемой без применения средств вычислительной техники.

К настоящему времени на кафедре разработана концепция взаимосвязанных подсистем САПР, объединяющих процессы расчетно-проектных, чертежно-конструкторских работ и технологической подготовки производства.

Расчетно-проектная подсистема включает в себя следующие процедуры: ввод исходных данных, задание на синтез и проведение синтеза, задание на анализ и проведение анализа, задание на оптимизацию ключевых параметров и непосредственно оптимизацию. Из этой подсистемы результаты передаются в подсистему 3Б-моделирования и 2Б-проектирования для выпуска комплекта конструкторской документации и последующей передачи в подсистему технологической подготовки производства, которая проектирует технологию изготовления деталей и осуществляет подготовку управляющих программ для станков с ЧПУ [1; 2].

Программное обеспечение САПР для проектирования исполнительных органов базируется на использовании программного комплекса T-FLEX, включающего в себя модули T-FLEX CAD 2D/3D, T-FLEX