CC BY
27Решетневскуе чтения. 2018
УДК:534.322
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТЕНДОВ ТИПА К200 ПРИ УДАРНЫХ ИСПЫТАНИЯХ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
С. А. Орлов1, В. И. Копытов1, А. И. Мацыгорин2
1 АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: oifice@iss-reshetnev.ru 2АО «Российские космические системы» Российская Федерация, 111250, г. Москва, ул. Авиамоторная, 53 E-mail: contact@spacecorp.ru
Рассматривается методика ударных испытаний по методу ударных спектров ускорений с использованием ударного стенда К200, дается характеристика, обсуждаются преимущества и недостатки применяемой методики.
Ключевые слова: ударный стенд, ударный спектр ускорений, резонансная плита.
ON THE USE OF K200 PILE-DRIVER BENCHES IN SHOCK TESTS OF THE BOARD EQUIPMENT FOR SPACECRAFTS
S. A. Orlov \ V. I. Kopytov1, A. I. Matsygorin2
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: office@iss-reshetnev.ru 2JSC "Russia space systems" 53, Aviamotornaya Str., Moskva, 111250, Russia Federation E-mail: contact@spacecorp.ru
In this paper, the technique of impact tests using acceleration shock spectrum on a K200 impact bench is given, a characteristic is given, the advantages and disadvantages of the applied technique are discussed.
Keywords: impact bench, acceleration shock spectrum, resonance plate.
На участке выведения космический аппарат подвергается различным механическим воздействиям, одним из которых являются ударные нагрузки высокой интенсивности. Источники таких воздействий -это пиросредства ракеты-носителя (РН) и собственные пиросредства космического аппарата (КА) [1-3]. Требования по ударным воздействиям на КА и его оборудование в настоящее время задаются в форме ударных спектров ускорений (УСУ) [1; 2]. Вместе с тем наибольшее распространение для проведения ударных испытаний получили различные копровые стенды маятниковые и со свободно падающими столами. Это стенды как импортного, так и отечественного производства ориентированы на создание в местах крепления объекта испытаний ударных воздействий в виде одиночного импульса ускорений с различной амплитудой и длительностью сигнала [4]. Типовым стендом, использующимся при испытаниях на удар уже более 60 лет, является копровый стенд К200 [5]. При этом необходимо учитывать, что согласно [6]: «При испытаниях аппаратуры критичной к механическим ударам не рекомендуется использовать копровые стенды, характеризующиеся начальной или конечной скоростью движения (падения) рабочего стола с закрепленным объектом испытаний». То
есть рассмотренный стенд не рекомендуется для проведения ударных испытаний бортовой аппаратуры КА, чувствительной к ударным воздействиям. Вместе тем данный стенд до настоящего времени входит в список рекомендуемого оборудования для проведения ударных испытаний [7]. Следует также отметить, что амплитуда ударного импульса ускорений в 3-4 раза больше амплитуды нестационарной вибрации (при одинаковом УСУ) [8].
Выход из сложившейся ситуации заключается в установке на стенд К200 резонансной плиты с объектом испытаний. Это позволило проводить на копровом стенде ударные испытания по методу УСУ созданием нестационарной вибрации.
Предварительно (до начала испытаний) разрабатывалась математическая (конечно-элементная) модель ударного стенда с резонансной плитой и расчетным путем подбирались параметры резонансной плиты, ее положение на стенде, количество точек крепления резонансной плиты к стенду, скорость соударения маятника и т. д. Затем на стенд устанавливали динамический макет объекта испытаний для уточнения режимов нагружения. После чего макеты приборов заменялись штатной аппаратурой, и проводились ударные испытания.
Контроль и испытания ракетно-космической техники
Таблица типовых ударных воздействий
Поддиапазон частот, Гц
Зона 35-50 50-100 100-200 200-500 500-1000 1000-10000
Значение спектра удара, g
S1 25-50 50-150 150-400 400-1750 1750-5000 5000
S2 13-25 25-75 75-200 200-875 875-2500 2500
S3 5-10 10-30 30-80 80-350 350-1000 1000
S4 3-5 5-15 15-40 40-175 175-500 500
S5 - - 3-8 8-35 35-100 100
Примечание: Ударные нагрузки задаются по каждой из трех взаимно перпендикулярных осей в виде ударных спектров ускорений (при добротности резонаторов Q = 10). Изменение ускорения в пределах каждого частотного поддиапазона -линейное при логарифмическом масштабе по частоте и амплитуде ускорения.
Испытания проводятся последовательно по каждому из трех взаимно перпендикулярных направлений. В докладе рассматриваются примеры ударных испытаний различной бортовой аппаратуры массой от 3 до 25 кг и уровнями ударных воздействий, приведенными в таблице типовых ударных воздействий. Уровни воздействий, соответствующие зонам S4-S5 (до 500g по УСУ), воспроизводятся на стандартном оборудовании даже без использования специальной резонансной плиты. При этом используется как маятниковый боек, так и вертикально падающий груз, что позволяет исключать монтаж и демонтаж испытуемой бортовой аппаратуры при проведении ударных испытаний по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Зона S3 является переходной, и вызывает уже необходимость проводить ударные испытания с использованием резонансной плиты. Но особых трудностей в создании нестационарной вибрации, обеспечивающей необходимые ударные спектры, как правило, не вызывает.
Наибольшие трудности возникают при создании ударных воздействий, соответствующих требованиям зон S1-S2 для приборов массой более 3-5 кг. В этом случае возникают проблемы с оснасткой, которая должна обеспечивать большую жесткость, количеством точек крепления резонансной плиты и т. д. В докладе обсуждаются особенности проведения таких испытаний.
Библиографические ссылки
1. Product verification requirements for launch, upper-stage and space vehicles. MIL-STD-1540D, 15 January, 1999. 308 p.
2. Pyroshock test criteria. NASA-STD-7003 may 18, 1999. 26 p.
3. Adriano Calvi, "Spacecraft Loads Analysis" ESA / ESTEC, Noordwijk, The Netherlands November 21, Р. 2011-126.
4. Orlov S. A., Matveev K. A., Rastorguev G. I. Rationing and shock testing on-board equipment of spacecrafts // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 894 (2017) 012131.
5. Круглов Ю. А., Туманов Н. А. Ударовиброза-щита машин и оборудования. Л. : Машиностроение, 1986. 222 с.
6. ОСТ 92-5100-2002. Аппаратура космических комплексов. Общие технические условия. Федеральное космическое агентство, 2002. 174 с.
7. ГОСТ РВ20.57.305-98. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Требования стойкости к внешним воздействующим факторам. М. : Госстандарт, 1999. 50 с.
8. ECSS-E-HB-32-25A. Space engineering. Mechanical shock design and verification handbook. 14 July 2015. 541 p.
References
1. Product verification requirements for launch, upper-stage and space vehicles. MIL-STD-1540D, 15 January, 1999. 308 p.
2. Pyroshock test criteria. NASA-STD-7003 may 18, 1999. 26 p.
3. Adriano Calvi, "Spacecraft Loads Analysis" ESA / ESTEC, Noordwijk, The Netherlands November 21, Р. 2011-126.
4. Orlov S. A., Matveev K. A., Rastorguev G. I. Rationing and shock testing on-board equipment of spacecrafts // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 894 (2017) 012131.
5. Kruglov Ju. A., Tumanov N. A. Udarovibrozashhita mashin i oborudovanija. L. : Mashinostroenie, 1986. 222 с.
6. OST 92-5100-2002. Apparatura kosmicheskih kompleksov. Obshchie tekhnicheskie usloviya. Feder-al'noe kosmicheskoe agentstvo, 2002. 174 р.
7. GOST RV20.57.305-98. Apparatura, pribory, us-trojstva i oborudovanie voennogo naznacheniya. Tre-bovaniya stojkosti k vneshnim vozdejstvuyushchim fak-toram. M. : Gosstandart. 1999. 50 р.
8. ECSS-E-HB-32-25A. Space engineering. Mechanical shock design and verification handbook. 14 July 2015. 541 p.
© Орлов С. А., Копытов В. И., Мацыгорин А. И., 2018
