CC BY
15"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
УДК 531.010
П. А. Краевский, О. А. Белов, С. А. Уханев, Э. А. Давлетбаев, М. С. Волчков
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ АНКЕРНОГО ТИПА В ШАРНИРНЫХ УЗЛАХ
КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Представлен шарнирный узел с использованием механизма анкерного типа, позволяющий исключить удар в конце движения подкосов, штанг, антенн и других конструкций при переводе их в рабочее положение и обеспечить плавность поворота.
Невесомость, вакуум и жесткие температурные условия в космосе препятствуют применению обычных приемов при проектировании механических систем космического аппарата. К примеру, применение обычных демпферов, гидравлических и пневматических поршней и т. д. невозможно без использования дополнительного оборудования, поэтому в космической технике для медленного перевода штанг, антенн и других конструкций в основном применяются электромеханические привода или жидкостные демпферы. Но использование таких устройств имеет следующие недостатки:
- вынужденное увеличение массы космического аппарата;
- дублирование электромеханических приводов для увеличения надежности;
- прокладка кабелей питания;
- установка нагревательных элементов;
- дополнительное энергопитание;
- написание программ для блока управления и т. д.
Решением этих проблем может стать установка
полностью автономного механического сдерживающего устройства в шарнирный узел.
Требования, предъявляемые к механическим сдерживающим устройствам следующие:
- работа в условиях невесомости;
- работа в температурном диапазоне от -100 до +150;
- обеспечение высокой надежности;
- ограниченные массовые характеристики;
- обеспечить низкую скорость поворота шарнирного узла.
На схеме шарнирного узла штанги (см. рисунок) штанга 1, установленная с помощью шарнирной пары 2, поворачивается пружинным приводом 3. На корпусе штанги расположено спусковое колесо 4, которое через анкер 5 передает момент от пружинного привода на маятник 6. Маятник, совершая крутильные колебания, через анкер поочередно пропускает по одному зубцу спускового колеса. В зависимости от момента пружинного привода и необходимой скорости поворота шарнирного узла выбирается масса и размер маятника.
Шарнирный узел с примененным механизмом анкерного типа переводится из транспортировочного положения в рабочее с постоянными остановками на всем пути движения, благодаря чему энергия одного сильного удара, который обычно возникает в конце движения штанг, разбивается на много слабых ударов и тем самым выполняет функции жидкостных демпферов или сдерживающих электромеханических приводов, предохраняя шарнирный узел и элементы конструкции штанг, антенн, подкосов от разрушения.
Такая конструкция обладает большой надежностью в связи с малым количеством элементов механизма, не требует установки обогревателей, электроприводов, снижает необходимый момент пружинного привода для поворота шарнирного узла, имеет малую массу по сравнению с жидкостными демпферами или электромеханическими приводами.
А
1 - штанга; 2
Схема шарнирного узла штанги с применением анкерного механизма: - шарнирная пара; 3 - пружинный привод; 4 - спусковое колесо; 5 - анкер; 6 - маятник; 7 - шарнир анкера
Решетневскце чтения
Конструкция может регулировать скорость поворота шарнирного узла (при использовании маятника с регулируемым моментом инерции).
В настоящее время проведены анализы и расчеты, показывающие, что использование анкерных механизмов в шарнирных узлах позволяет добиться медленного ступенчатого поворота подкосов, штанг, антенн в рабочее положение без удара в конце движения.
Актуальность использования такого механизма очень велика так как в последнее время на космические аппараты устанавливается все больше и больше антенн, которые необходимо после вывода на орбиту переводить в рабочее положение. Использование же электромеханических приводов или жидкостных демпферов снижает надежность и увеличивает массу космического аппарата.
P. A. Kraevsky, O. A. Belov, S. A. Ukhanev, E. A. Davletbaev, M. S. Volchkov JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk
THE ANCHOR ESCAPEMENT MECHANISM USED FOR HINGED JOINTS OF SATELLITE
The review of hinged joint with use anchor escapement mechanism is presented. This mechanism allows eliminating blow of crippling, bars, antennas etc in end of their movement and providing their smoothness in turning.
© Краевский П. А., Белов О. А., Уханев С. А., Давлетбаев Э. А., Волчков М. С., 2012
УДК 629.78:531.395
А. В. Крылов, С. А. Чурилин Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана, Россия, Москва
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РАЗВЕРТЫВАЕМЫХ МНОГОЗВЕННЫХ КОСМИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Рассматривается моделирование процесса развертывания многозвенных космических конструкций, с определением следующих характеристик: скорость и продолжительность развертывания, формы промежуточных положений, напряженно-деформированное состояние конструкции при постановке звеньев на упоры.
С увеличением размеров и сложности отражателей космических антенных систем серьезным конструктивным ограничением становится необходимость их размещения под обтекателями ракет-носителей. Возможность удовлетворения этого ограничения заключается в создании трансформируемых антенн, имеющих различные габариты в транспортном и рабочем положениях. Существует много разных концепций построения каркасов таких антенн. Математическое моделирование этапов развертывания конструкции на стадии проектирования позволяет рассмотреть различные схемы развертывания и выявить их преимущества и недостатки [1].
Развертывание многозвенных космических конструкций было рассмотрено на примере плоского складного антенного контура диаметром 5 м и фрагмента сферического космического отражателя диаметром 3 м в раскрытом состоянии в виде замкнутой конструкции, состоящей из двух наборов трубчатых стержней, ориентированных вдоль меридианов сферической поверхности и связанных между собой складывающимся стержнем. Оба объекта представляют собой многозвенные конструкции, состоящие из однотипных элементов (прямоугольных панелей и трубчатых стержней), связанных упругими шарнирами, содержащими односторонние упоры, обеспечивающие развертывание отражателей в рабочее поло-
жение, образование и поддержание требуемых форм контура или отражающей поверхности. Развертывание таких конструкций происходит за счет первоначально накопленной потенциальной энергии в упругих элементах шарниров при приведении его в транспортное состояние.
Напряженно-деформированное состояние элементов конструкции при развертывании отражателя определяется ударными нагрузками при установке смежных элементов каркаса на упоры. Для определения этих нагрузок необходимо рассмотреть процесс развертывания каркаса отражателя и определить следующие его характеристики: скорость и продолжительность развертывания, формы промежуточных положений, скорости звеньев конструкции при их постановке на упоры. Оцениваются приведенные характеристики с помощью твердотельных моделей объектов, построенных в среде программных комплексов EULER и Adams. Вычисленные значения скоростей звеньев каркаса принимаются в качестве начальных условий для расчета напряженно-деформированного состояния каркаса при постановке его звеньев на упоры с помощью конечно-элементной модели, построенной в среде программного комплекса MSC.Patran-Nastran.
Расчеты показывают, что звенья каркасов складного антенного контура и фрагмента отражателя встают
