CC BY
18Решетневскуе чтения. 2018
УДК: 629.7.018.4:620.178.3
МОДАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МАКЕТА АНТЕННЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ ЕГО СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ
В. А. Бернс1*, В. Е. Левин2, Д. А. Красноруцкий2, Е. П. Жуков1, П. А. Лакиза2
1 Сибирский научно-исследовательский институт авиации имени С. А. Чаплыгина Российская Федерация, 630051, г. Новосибирск, ул. Ползунова, 21 2Новосибирский государственный технический университет Российская Федерация, 630073, г. Новосибирск, просп. Карла Маркса, 20 E-mail: v.berns@yandex.ru
По результатам модальных испытаний составных частей конструкции скорректированы их математические модели, на основании синтеза которых построена модель полной конструкции и определены ее модальные характеристики.
Ключевые слова: модальные испытания, составные части конструкции, математическая модель, коррекция и синтез математических моделей, модальные характеристики.
MODAL ANALYSIS OF THE SPACECRAFT ANTENNA MOCKUP BASED ON THE RESULTS OF ITS COMPONENT PARTS TESTS
V. A. Berns1*, V. E. Levin2, D. A. Krasnorutsky2, E. P. Zhukov1, P. A. Lakiza2
Siberian Aeronautical Research Institute named after S.A. Chaplygin 21, Polzunov Str., Novosibirsk, 630051, Russian Federation
2Novosibirsk State Technical University 20, Karl Marx Av., Novosibirsk, 630073, Russian Federation *E-mail: v.berns@yandex.ru
Based on the results of modal tests of the structure component parts, we correct their mathematical models, in terms of their synthesis we build the model of the complete structure and determine its modal characteristics.
Keywords: modal tests, structure component parts, mathematical model, correction and synthesis of mathematical models, modal characteristics.
Введение. Работа посвящена разработке метода определения характеристик собственных тонов колебаний конструкций, представляющих собой совокупность составных частей, по результатам модальных испытаний этих частей. Примерами таких конструкций являются крупногабаритные трансформируемые механические системы космических аппаратов [1]. Целесообразность решения проблемы модального анализа в такой постановке объясняется двумя причинами. Первая причина заключается в том, что во время испытаний обычно не удается реализовать условия закрепления объекта, соответствующие эксплуатационным. Второй причиной являются большие габариты и сложность конструкции в собранном виде, поэтому их экспериментальный модальный анализ сопряжен с серьезными трудностями [2].
Описание метода. Метод модального анализа конструкций реализуем в два этапа. На первом этапе проводим модальные испытания составных частей объектов, по результатам которых корректируем расчетные математические модели этих частей [3-5]. Для обеспечения достоверности скорректированных расчетных моделей нами разработан способ определения параметров собственных тонов колебаний, обладающий низкой чувствительностью к погрешностям экс-
перимента [6-7]. Способ был опробован и показал свою эффективность при проведении модальных испытаний самолетов Су-30, Як-152 и агрегата космического аппарата. Второй этап заключается в синтезе расчетных моделей составных частей для создания математической модели полной конструкции и определения ее модальных характеристик.
Апробация метода. Предлагаемый метод был опробован в модальном анализе макета зонтичной антенны космического аппарата (см. рисунок). Габаритные размеры макета: длина несущей штанги 2 250 мм, диаметр каркаса рефлектора 3 000 мм. Штанга крепилась к силовой колонне.
Были проведены модальные испытания штанги, каркаса рефлектора на подвеске известной жесткости и макета антенны в сборе. По результатам испытаний определены собственные частоты, формы и обобщенные массы составных частей макета, и скорректированы их расчетные модели. Синтез моделей производился по условию равенства перемещений и углов поворота штанги и рефлектора в местах стыковки.
В таблице представлены результаты определения собственных частот трех низших тонов колебаний макета, которые иллюстрируют эффективность разработанного метода модального анализа конструкций.
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
Макет зонтичной антенны космического аппарата
Собственные частоты колебаний макета антенны
Полная конструкция. Частоты колебаний, Гц
Расчетная Синтезированная модель Корректированная синте- Эксперимент Погрешность, %
модель зированная модель
1 2 3 4 5
2,166 2,409 2,402 2,42 0,74
12, 127 12,306 12,048 12,00 0,40
50, 588 50,704 49,177 49,00 0,36
Библиографические ссылки
1. Лопатин А. В., Рутковская М. А. Обзор конструкций современных трансформируемых космических антенн (часть 1) // Вестник СибГАУ. 2007. № 2. С. 51-57.
2. Зимин В. Н. Экспериментальное определение динамических характеристик крупногабаритных трансформируемых космических конструкций // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2011. № 1. С. 47-56.
3. Межин В. С., Обухов В. В. Практика применения модальных испытаний для целей верификации конечно-элементных моделей конструкции изделий ракетно-космической техники // Космическая техника и технологии. 2014. № 1 (4). С. 86-91.
4. Дружинин Э. И. Формирование динамических моделей космических конструкций по данным натурных испытаний // Вестник СибГАУ. 2013. № 2 (48). С. 124-128.
5. Хейлен В., Ламменс С., Сас П. Модальный анализ: теория и испытания. М. : ООО «Новатест», 2010. 319 с.
6. Способ определения параметров собственных тонов колебаний конструкций в резонансных испытаниях : пат. 2658125 Рос. Федерация / В. А. Бернс, Е. П. Жуков, В. В. Маленкова; заяв. № 2017119498 ; приоритет 02.06.2017 ; дата гос. регистр. 19.06.2018.
7. Экспериментальный модальный анализ летательных аппаратов на основе монофазных колебаний / В. А. Бернс, Е. П. Жуков, Д. А. Маринин и др. // Известия Самарского научного центра РАН. 2018. Т. 20, № 4. С. 43-54.
References
1. Lopatin A. V., Rutkovskaya M. A. Obzor konstruktsiy sovremennykh transformiruemykh kosmicheskikh antenn (chast' 1) [The review of designs of modern trans-
formed space antennas (part 1)]. Vestnik SibGAU. 2007. no. 2. P. 51-57 (In Russ.)
2. Zimin V. N. Eksperimental'noe opredelenie di-namicheskikh kharakteristik krupnogabaritnykh transfor-miruemykh kosmicheskikh konstruktsiy [Experimental dynamic characteristic determination of large transformable constructions of spacecraft]. VestnikMGTUim. N. E. Baumana. Serya Mashinostroenie. 2011. No. 1. P. 47-56 (In Russ.)
3. Mezhin V. S., Obukhov V. V. Praktika prime-neniya modal'nykh ispytaniy dlya selei verifikasii konechmo-elementnykh modelei konstryksii izdelii raketno-kosmicheskoi tekhniki [The practice of using modal test to verify finite element models of rocket and space hardware]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii. 2014. No. 1. P. 86-91 (In Russ.)
4. Druzhinin E. I. Formirovanie dinamicheskikh mod-eley kosmicheskikh konstruktsiy po dannym naturnykh ispytaniy [Identification of dynamic models of space constructions according to actual test data]. Vestnik SibGAU. 2013. No. 2 (48). P. 124-128 (In Russ.)
5. Heylen W., Lammens S., Sas P. Modal'nyi analiz teotiya i ispytaniya [Modal Analysis Theory and Testing]. OOO "Novatest", 2010. 319 p. (In Russ.)
6. Sposob opredeleniya parametrov sobstvennykh tonov kolebaniy konstruktsiy v rezonansnykh ispytaniyakh [Eigen tones parameters determination method at resonance test] : Patent RF 2658125 / Berns V. A., Zhukov E. P., Malenkova V. V. ; zayav. № 2017119498; prioritet 02.06.2017; data gos. registr. 19.06.2018 (In Russ.)
7. Berns V. A., Zhukov E. P., Marinin D. A., Malenkova V. V. Eksperimental'nyy modal'nyy analiz le-tatel'nykh apparatov na osnove monofaznykh kolebaniy [Experimental modal analysis of aircrafts on the basis of monophasic vibrations]. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN. 2018. Vol. 20, No. 4. P. 43-54 (In Russ.)
© Бернс В. А., Левин В. Е., Красноруцкий Д. А., Жуков Е. П., Лакиза П. А., 2018
