CC BY
9УДК 62-585.7:629.7.027.7
ограничитель скорости выдвижения кольца упруго-адаптивного периферийного стыковочного механизма
© 2020 г. рассказов Я.в., чернышев и.Е., Кобец в.д.
Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королёва (РКК «Энергия») Ул. Ленина, 4А, г. Королёв, Московская обл., Российская Федерация, 141070, e-mail: post@rsce.ru
Стыковочное кольцо упруго-адаптивного стыковочного механизма по сигналу первого контакта выдвигается пружинными механизмами штанг для улучшения условий сцепки. При этом оно достигает большой скорости, и на пассивный стыковочный интерфейс оказываются неприемлемые ударные нагрузки. В настоящей работе рассмотрены ограничитель скорости выдвижения стыковочного кольца, его аналитическая модель, краткая методика расчёта его параметров. Описаны упрощённая модель выдвижения кольца при первом контакте, способ определения коэффициента вязкостного трения шарико-винтового преобразователя стыковочного механизма, являющегося параметром модели. Приведены методика, результаты и сравнение моделирования выдвижения стыковочного кольца с предложенным замедлителем и без него. Показано, что при наличии ограничителя скорости выполняются требования Международного стандарта по импульсному нагружению пассивного интерфейса. Приведён приемлемый по массогабаритным параметрам вариант конструктивной реализации ограничителя скорости.
Ключевые слова: стыковка космических аппаратов, у пру го-адаптивный стыковочный механизм, устройство стягивания, ограничитель скорости, механический регулятор.
DOI 10.33950/spacetech-2308-7625-2020-4-44-55
EXTENSION vELOCITY LIMITER FOR THE ring OF AN elastically adaptive
peripheral docking mechanism
Rasskazov ya.v., Chernyshev I.E., Kobets v.D.
S.P. Korolev Rocket and Space Corporation Energia (RSC Energia) 4A Lenin str, Korolev, Moscow region, 141070, Russian Federation, e-mail:post@rsce.ru
The docking ring of an elastically adaptive docking mechanism on the initial contact signal is extended by spring-loaded mechanisms of the rods in order to improve capture conditions. In the process, it reaches a high velocity, which applies unacceptably high impact loads to the docking interface. This paper discusses an extension velocity limiter for the docking ring, its analytical model, and a brief procedure for calculating its parameters. It describes a simplified model for ring extension during initial contact, and a method for determining viscous friction coefficient of the ball-screw pair of the docking mechanism, which is a parameter in the model. It presents the procedure, results and comparison of simulations of the docking ring extension both with the use of the proposed retarder and without it. It is demonstrated that the use of the velocity limiter permits to meet the requirements of the International Standard for pulsed loads on the passive interface. The paper describes a design option for velocity limiter that has acceptable mass and dimensions.
Key words: spacecraft docking, elastically adaptive docking mechanism, retraction device, velocity limiter, mechanical governor.
РАССКАЗОВ я.в.
ЧЕРНЫШЕВ И.Е.
КОБЕЦ В.Д.
РАССКАЗОВ Ярослав Владимирович — начальник сектора - заместитель начальника отдела РКК «Энергия», e-mail: yaroslav.rasskazov@rsce.ru
RASSKAZOV Yaroslav Vladimirovich — Head of Subdepartment - Deputy Head of Department at RSC Energia, e-mail: yaroslav.rasskazov@rsce.ru
ЧЕРНЫШЕВ Иван Евгеньевич — ведущий инженер-программист РКК «Энергия», e-mail: post@rsce.ru
CHERNYSHEV Ivan Evgenyevich — Lead software engineer at RSC Energia, e-mail: post@rsce.ru
КОБЕЦ Виктор Дмитриевич — инженер-конструктор 3 категории РКК «Энергия», e-mail: post@rsce.ru
KOBETS Viktor Dmitrievich — Engineer-designer 3 category at RSC Energia, e-mail: post@rsce.ru
Введение
Стыковка космических кораблей — управляемый механический процесс их сборки на орбите. Она начинается при первом контакте стыковочных агрегатов двух кораблей, сближающихся с заданной скоростью. Кинетическая энергия сближения используется для образования первичной механической связи — сцепки. По достижении сцепки энергия сближения поглощается устройствами стыковочного агрегата, а затем им же обеспечивается выравнивание и стягивание кораблей. Стягивание применяется для образования жёсткого и, как правило, герметичного соединения космических аппаратов (КА) и образования между ними электрических и гидравлических связей [1].
Для обеспечения возможности стыковки кораблей различных стран разработан Международный стандарт на интерфейсы стыковочных систем (IDSS IDD [2]). В связи с этим РКК «Энергия» разрабатывает проект стыковочного агрегата, соответствующего IDSS IDD в части интерфейсных размеров, кинематических, силовых и других параметров. Частью этого агрегата является новый упруго-
адаптивный стыковочный механизм (СтМ), в котором реализован новый принцип поглощения кинетической энергии сближения КА через накопление, и который выполняет функцию стягивания [3].
При первом контакте стыковочного кольца блок управления выдаёт команду на освобождение пружинных механизмов устройств накопления энергии, вследствие чего кольцо под действием пружин выдвигается навстречу пассивному интерфейсу и выравнивается относительно него за счёт сил реакции направляющих элементов с находящимися на них защелками. Это необходимо для улучшения условий сцепки.
Потенциальная энергия этих пружинных механизмов определяется силой срабатывания защёлок, ходом кольца, а также — жёсткостью пружины, и не может быть уменьшена. Однако, этой энергии достаточно для создания ударного воздействия кольца на пассивный интерфейс с амплитудой силы большей, чем задана в Ю55 ШБ.
Поэтому в настоящей работе предлагаются устройство, ограничивающее скорость выдвижения стыковочного кольца, и методика расчёта его параметров.
Описаны также упрощённая модель выдвижения кольца при первом контакте, способ определения коэффициента вязкостного трения шарико-винтового преобразователя (ШВП) СтМ, являющегося параметром модели. Выполнено моделирование выдвижения стыковочного кольца с предложенным замедлителем и без него, а также сравнение результатов моделирования. Испытания ограничителя скорости в настоящее время не проводились ввиду отсутствия материальной части, но планируются в будущем.
упруго-адаптивный стыковочный механизм и процесс выдвижения кольца
В упруго-адаптивном периферийном СтМ применяется шесть штанг, условно группируемых парами, как указано на схеме (рис. 1). Стыковочный механизм имеет три характерных положения: переднее (ПП), в котором все штанги имеют максимальную длину; исходное (ИП), в котором СтМ готов к стыковке, и конечное (КП) — когда штанги имеют минимальную длину. Между штангами в каждой паре находится крепление тросового устройства стягивания (ТУС) [4].
Рис. 1. Кинематическая схема упруго-адаптивного стыковочного механизма (СтМ): 1 — кольцо СтМ (фрагмент); 2 — 3-степенной шарнир вращения; 3, 4 — винт и гайка шарико-винтового преобразователя; 5 — подшипник; 6 — корпус штанги; 7 — 2-степенной шарнир вращения; 8 — основание СтМ; 9 — силовой редуктор; 10 — управляемая обгонная муфта; 11 — спиральный пружинный механизм; 12 — подшипники; 13 — редуктор; 14 — кулачки; 15 — пружина; 16 — барабан намотки троса
Выдвижение стыковочного кольца из КП производится за счёт сил действия пружинных механизмов (ПМ). Скорость этого перемещения задаётся скоростью размотки троса. В ИП (находится ниже ПП на величину x ) возможность
J max''
удлинения штанг блокируется, а привод ТУС не выключается до образования заданного люфта на кулачках. По сигналу первого контакта штанги освобождаются, и кольцо быстро выдвигается навстречу пассивному интерфейсу для совмещения с ним. По достижении сцепки возможность удлинения штанг снова блокируется, и вся кинетическая энергия движения КА с этого момента расходуется на укорачивание штанг и закрутку их ПМ. Стягивание выполняется включением привода ТУС на втягивание тросов.
Для парирования образования тросовых петель при гашении энергии используются пружины, натягивающие трос силой / , и кулачки, развязывающие выходной вал силового редуктора с барабаном намотки троса (БНТ). Величина силы /нат определяется экспериментально и уточняется с использованием динамической математической модели СтМ.
Пружины в штанге в ПП кольца обеспечивают осевую силу на кольце /ПП, которая должна быть больше f™n, где f— сила противодействия выдвижению с заданным запасом, включающая силы / , сопротивления защёлок кольца и трения. Соответствующая сила штанги /ПП определяется с использованием кинематической модели с учётом геометрии СтМ [5] и возможности появления его неуправляемых конфигураций [6].
Вид диаграммы осевого сопротивления кольца СтМ и сжатия его штанг приведён на рис. 2. Величины осевых сил f™ и /КП на кольце при его нахождении в ПП, ИП и КП определяются аналогично работе [7]. Цель — выбор жёсткости штанг, при которой кинетическая энергия сближения КА расходуется на изменение длины штоков при просадке кольца. Силам /пп, /ип
' R, х ' JR,% J R, х ГПП „ИП „ „КП
ходы кольца х™, х™ и х™, силы /ПП, /ИП, /кп и ходы #.пп, qИn, qКu штоков штанг. Причем силы /™, /™, /™х должны
быть меньше или равны
максимальная сила, заданная в IDSS;
— максимальная сила статического сопротивления кольца при просадке).
Работа при выдвижении кольца из ИП в ПП по сигналу первого контакта без учёта потерь на трение равна потенциальной энергии пружинных механизмов штанг (заштрихованная область на рис. 2, а). Для её снижения пружинными механизмами реализуется минимально возможная жёсткость.
Однако, моделирование функционирования СтМ, согласно работе [8], показало, что с выбранной характеристикой жёсткости возможно превышение заданного в работе [2] уровня /™х* динамического всплеска силы (рис. 3). Поэтому необходимо ограничение скорости выдвижения кольца.
кинематическая схема ограничителя скорости
Сила, разгоняющая кольцо, реализуется пружинами штанг. Для стабилизации скорости кольца необходимо создать на нём равенство сил. Причём тормоз (например, фрикционный [1, 9]) в данном случае неприменим, так как при возможной околонулевой скорости кольца и малой относительной скорости стыкующихся кораблей срабатывание защёлок реализуется только за счёт сил пружин, а тормоз будет противодействовать им, уменьшая силу /^П Поэтому ограничитель скорости должен создавать силу сопротивления, зависящую от скорости кольца.
а)
Рис. 2. Диаграммы осевого сопротивления кольца (а) и сжатия штанги (б)
Ш„ кгс -/ -/ -/ ---
* & Кд Г1.1, 1 } /¡д"
б)
1 500 1250 1 ООО 750 500 250 0
-250
-
0 0 2 0,4 0 6 0 8 г, с
Интерфейсная сила па ПКА а)
0,4 0,6
Скорость кольца относительно СтМ
б)
Рис.3. Компоненты интерфейсной силы ^у, fRг) на пассивном космическом аппарате (ПКА) (а) и скорости
vRx, vRy, vRг кольца относительно основания стыковочного механизма (СтМ) (б)
Возможными местами размещения рассматриваемого устройства являются:
• штанги (ограничение скорости вращения гайки шарико-винтового преобразователя — ШВП);
• тросы (ограничение линейной скорости троса);
• БНТ (ограничение скорости его вращения).
Компоновка СтМ не позволяет размещение дополнительных элементов на штанге. Кроме того, для сохранения симметрии необходимо размещение сразу шести ограничителей, что нецелесообразно ввиду расхода массы на корпусные и переходные детали. Ограничение линейной скорости троса требует существенной доработки кинематической схемы СтМ: добавления блоков, прижимных элементов и т. п. Все эти элементы существенно снижают ресурс троса. Таким образом, принято решение ограничивать скорость вращения БНТ (поз. 16 на рис. 1).
Известен ряд вращательных ограничителей скорости. В частности, применяемые в стыковочных устройствах электромагнитные демпферы [1], регуляторы различных конструкций на основе принципа Уатта [10] и прочие. Однако, они не могут быть применены без изменений, поскольку необходимо, чтобы они не препятствовали возможности быстрого наматывания троса на барабан под воздействием пружины намотки троса при просадке кольца. Поэтому в конструкцию ограничителя должна быть введена обгонная муфта. Кинематическая схема предлагаемого устройства ограничения скорости приведена на рис. 4.
Рис. 4. Кинематическая схема ограничителя скорости выдвижения кольца: 1 — барабан намотки троса; 2 — трос; 3 — зубчатый венец; 4 — мультиплексор; 5 — корпус; 6 — кулачки; 7 — обгонная муфта
Ограничитель скорости выдвижения кольца работает следующим образом. При разматывании троса во время выдвижения кольца вращение барабана намотки троса передаётся на входной вал обгонной муфты. Муфта ориентирована так, что сцепляется при размотке троса. Скорость вращения входного (и выходного) валов муфты увеличивается на мультиплексоре с передаточным отношением I. На выходном валу мультиплексора размещаются кулачки, центробежная сила на которых прижимает их к внутренней поверхности неподвижного корпуса. Тем самым создаётся тормозной момент, зависящий от скорости выдвижения троса. При втягивании троса или в случае, когда приведённая скорость троса меньше приведённой скорости кулачков, обгонная муфта расцепляется, не препятствуя движению барабана.
Аналитическая модель и определение параметров ограничителя скорости
При ограничении скорости выдвижения кольца обгонная муфта включена и обеспечивает связь с высокой жёсткостью, поэтому в аналитической модели наличие этой муфты не учитывается.
Расчётная схема к аналитической модели представлена на рис. 5. При заданной скорости троса V устройство должно создавать на нём силу Гторм, равную по модулю силе действия пружин. При этом достигается постоянная скорость движения кольца.
Параметры аналитической модели, представленной на рис. 5, определяются следующим образом:
• скорость вращения барабана при скорости троса V составляет шбар = 2V/d;
• угловая скорость вращения вала (и кулачков) после редуктора равна юкул = ¿юбар;
• так как известное положение центра масс полукруга ЯЦМ = (4/3п)Якул = 0,424Якул [11], кулачки испытывают центростремительное ускорение величиной а = ю2 ЯЦМ = 0,424ш2 Я ;
ц.с. кул ЦМ ' кул кул7
• центростремительное ускорение прижимает оба кулачка к барабану с силой Г б = а т , где т = пЯ2 Нр
цб ц.с. кул кул кул
масса двух кулачков (р — плотность; Н — толщина кулачка);
• отношение расстояний от центра вращения кулачка до его центра масс и фрикционной накладки составляет
цб
^ = 1цМ/1накл, поэтому прижимная сила кулачка к барабану составляет Г = Ш
^ ^ кул ц
(правило рычага);
• коэффициент трения между кулачком и барабаном составляет ц, сила трения обоих кулачков равна Г = цГ ;
1 ^ 1 тр г кул7
• тормозной момент кулачков составляет М = ЯГ;
кул кул тр
• тормозной момент от кулачков на барабане составляет Мб = 1М ;
1 бар кул7
• сила торможения на тросе равна Г = 2Мб /й.
торм бар'
Таким образом, зависимость силы торможения троса от его скорости:
10,66Я4 цр ЫЧ
р =_:_куд _V
торм £ '
где числовой коэффициент возникает из-за того, что ЯЦМ = 0,424Якул [11].
Поскольку все значения, кроме V, в правой части выражения являются постоянными, можно выполнить замену:
К =
10,66Я4 цр НРк
кулг г б/3
(1)
тогда зависимость силы торможения на тросе от скорости его движения приводится к виду Гторм = КУ2, откуда
К = Г /У2.
торм
(2)
Численное значение коэффициента К является параметром динамической модели выдвижения кольца. Оно должно быть реализовано в конструкции ограничителя скорости. Входящие в уравнение (1) параметры ограничителя скорости зависят от используемых материалов, компоновки и определяются конструктором.
Рис. 5. Расчётная схема ограничителя скорости для аналитической модели
динамическое моделирование выдвижения кольца
Для оценки влияния ограничителя скорости на динамику выдвижения кольца и амплитуду ударного воздействия разработана динамическая модель, схема которой приведена на рис. 6. Сцепка не моделируется.
В приведённой модели рассматривается осевое выдвижение выровненного кольца из ИП в ПП под воздействием пружин в штангах. Кольцо при этом связано упругим тросом с вращающимся
БНТ, который подматывается пружиной заданной жёсткости. Предусмотрена возможность учёта гистерезиса при сжатии и растяжении упругих элементов через коэффициенты демпфирования. Моделируются процесс зацепления обгонной муфты и функционирование ограничителя скорости. Модель является специализированной и не претендует на универсальность. В данном случае в отсутствие материальной части необходимо было оценить характер влияния ограничителя скорости на движение стыковочного кольца.
Рис. 6. Схема динамической модели ограничителя скорости выдвижения кольца: а — проектная проработка конструкции; б — кинематическая схема; в — расчётная схема Примечание. Описание параметров приведено в таблице.
Обозначение Наименование
Г ударн Сила удара в передний упор, Н
к ударн Жесткость ударного взаимодействия, Н/м
Хта1 Расстояние от ИП до ПП, м
Гпруж Сила действия пружин из моделей [7, 8] в зависимости от направления движения кольца, Н
тя Масса стыковочного кольца, кг
х У а * Я иЯ Кинематические параметры кольца, м, м/с, м/с2
Я БНТ Радиус барабана намотки троса (БНТ), м
Гтр Сила растяжения троса, Н
ктр Жёсткость трёх тросов (из Е = 100 ГПа), Н/м
^БНТ Момент инерции одного БНТ (из 3Б-модели), кг-м2
т(э) ' БНТ Приведённая к кольцу масса БНТ, кг
Фбнт' ЮБНТ 8БНТ Кинематические параметры БНТ, рад, рад/с, рад/с2
х У а БНТ БНТ БНТ Приведённые кинематические параметры БНТ, м, м/с, м/с2
Г пр,БНТ Сила пружины подмотки троса (зависит от угла поворота БНТ), Н
Г ф деф Приведённая сила деформации в муфте, Н
км Приведённая жёсткость трёх муфт, Н/м
Гпривед ^ торм Приведённый момент инерции трёх тормозов (исх. данные из 3Б-модели), кг-м2
тКуЛ Приведённая к кольцу масса трёх тормозов, кг
Ю 8 кул' кул Кинематические параметры тормоза (угловые скорость и ускорение кулачков), рад/с, рад/с2
Ах , У ,а кул кул кул Приведённые кинематические параметры тормоза, м, м/с, м/с2
Гторм Приведённая сила торможения кулачками, Н
к^ТорМ Коэффициент связи У и Г , Н/(м/с)2 кул торм
стр Коэффициент демпфирования троса
см Коэффициент демпфирования в жёсткости муфты
с У,ШВП Приведённый коэффициент вязкостного трения в ШВП штанги, Н/(м/с)
Г , Г вяз' сух Силы вязкостного и сухого трения в ШВП, Н
Параметры ограничителя скорости выдвижения кольца
определение трения в шарико-винтовом преобразователе
Сила сухого трения Гсух равна силе страгивания (измеряется динамометром). Определение приведённого линейного коэффициента вязкостного трения ШВП производилось на имеющейся матчасти — ШВП в сборе с кронштейнами.
К винту прикреплялся груз заданной массы. Масса выбиралась такой, чтобы сила гравитации Гграв (суммарный вес винта и груза) совпадала с приведённой средней силой действия пружины штанги упруго-адаптивного СтМ. Кронштейн фиксировался неподвижно, винт поднимался, а затем отпускался в свободное падение с блокированием его проворота в гайке. С помощью высокоскоростной камеры фиксировалось положение винта в зависимости от времени (рис. 7, а).
Использовалось три ШВП. Выполнялось пять бросков. Первый ШВП использовался один раз, два других — дважды. Частота съёмки камерой — 120 кадров в секунду. Видео обрабатывалось покадрово. Был построен график положений метки на винте. Из графика первого броска дифференцированием получены точки зависимости скорости от времени и определена аппроксимирующая кривая второго порядка. КПД ШВП П определён по результатам испытаний подобного ШВП на вертикальном статическом стенде. Результаты испытаний сравнивались с результатами моделирования по расчётной схеме, представленной на рис. 7, б, в. Варьировался коэффициент СУ . Зависимости положения метки и скорости движения винта от времени накладывались на результаты измерения. Коэффициент Су вязкостного трения ШВП определялся по критерию минимума среднеквадратичного отклонения теоретической кривой от средней измеренной.
Уравнение движения модели (рис. 7, в) решалось численно для каждого шага интегрирования I следующим образом (выбрано М = 10-4 с):
Я - Я
£0 = 0; К = 0; 50 = 0; а0 = Г , „Г ; г = 1 ... Ы,
т + т
Г э
I = I . + м,
I I-1 '
а. =
Е - С,У. . - Я
Грав V г -1 сух
т + т
Гэ
V. = V. . + а М,
г г-1 г '
5. = 5. . + V. лг.
г г -1 г -1
а)
б)
в)
Рис. 7. Схема экспериментальной установки (а) и расчётная схема её динамической модели (б — определение эквивалентной массы; в — уравнение движения)
Сравнение экспериментальных данных с полученными в результате моделирования для наилучшего Су приведены на рис. 8. Точки средних скоростей временных участков на рис. 8, б получены дифференцированием экспериментальной кривой № 1 (рис. 8, а).
5, м
0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05
0
— — №1 - №2 ыа МгЗ ■ .Эксперимент
—
Динамическая недоль
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,(1 0,7 г, с а)
0 од 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 г,с б)
Рис. 8. Графики положения S (а) и скорости V кольца (б) для эксперимента и модели
результаты динамического моделирования и конструкторской проработки ограничителя скорости
Динамическое моделирование выдвижения кольца выполнялось по расчётной схеме, описанной в настоящей работе (см. рис. 6). Параметры процесса (см. таблицу) определялись различными способами:
•к — по результатам анализа
ударн г J
жёсткости пассивного кольца при центральном ударе;
* Xmax, mR, ЯБНТ Гпр,БНТ — задан-
ные свойства СтМ;
Ъ , с , С. т
тр' тр' М
т т(э)
J Б^г-г '"-и
справочные значения;
Ъ 7привед ™(э) —
БНТ, БНТ "'М' ^торм ' "кул
результаты анализа З-О-модели варианта реализации конструкции;
с
У.ШВП'
Г
сух
получены в результате
описанного выше эксперимента;
Г
ударн'
X
V
К'
V
К'
а
К'
а
Г
т
Г
тр
Фбнт' ЮБНТ' Ш , 8
8
БНТ БНТ БНТ БНТ деф' "кул' "кул'
Ах , V , а , Г — определяются
кул кул кул вяз 1 ^
для каждого шага интегрирования в соответствии с расчётной схемой;
* Ъ^торм — выбираемый параметр. Графики скоростей кольца СтМ и
силы его взаимодействия с пассивным интерфейсом приведены на рис. 9 (одинаковый масштаб, сцепка не моделировалась). По итогам анализа результатов моделирования с ограничителем скорости и без него можно сделать следующие выводы в отношении СтМ с ограничителем скорости:
• максимальная скорость стыковочного кольца снижается и соответствует заданной VRIlax согласно уравнению (2);
• амплитуда импульсного динамического воздействия стыковочного кольца на пассивный интерфейс снижается до заданного в работе [2] уровня (ЛтГ).
Конструкция разработанного ограничителя скорости выдвижения кольца упруго-адаптивного периферийного СтМ приведена на рис. 10. Согласно уравнению (1), коэффициент К может быть реализован разными параметрами конструкции, число которых увеличивается за счёт вариантов применяемости различных материалов, технологий и кинематических схем, а также объёмных ограничений, поэтому формирование замысла устройства минимальной массы и его реализация являются отдельной творческой задачей и в данной работе не рассматриваются. В данном случае демонстрируется один из вариантов конструкции приемлемых габаритов и массы.
Оцениваемые параметры
Наличие ограничителя скорости
Нет
Есть
Зависимость скорости VRкольца от времени £
Зависимость силы взаимодействия с пассивным интерфейсом Г
г т ударн
от времени
& ударн
уГпмяФ V ги
1 1. &Е
■-1-1 1 2
Рис. 9. Влияние ограничителя скорости на процесс выдвижения кольца и его взаимодействия с пассивным стыковочным интерфейсом
internationaldockingstandard. com (дата обращения 10.08.2020 г.).
3. Патент РФ № 2657623. Периферийный стыковочный механизм. Яске-вич А.В., Павлов В.Н., Чернышев И.Е., Рассказов Я.В., Земцов Г.А., Карпенко А.А.; патентообладатель — ПАО «РКК «Энергия»; заявка 2017119305 от
01.07.2017 г.; опубликовано
14.06.2018 г.
4. Рассказов Я.В. Двух-
Рис. 10. Приемлемый по массогабаритным параметрам вариант конструк- сателлитный циклоидный
тивной реализации ограничителя скорости выдвижения кольца упруго адаптивного стыковочного механизма: 1 — кулачки; 2 — обгонная муфта 3 — входной вал; 4 — редуктор
Приведённый вариант ограничителя скорости на 20% легче электромагнитного демпфера со сравнимыми характеристиками, оценка параметров которого проводилась согласно работе [1].
заключение
В представленной статье рассмотрены ограничитель скорости выдвижения стыковочного кольца, его аналитическая модель и краткая методика расчёта параметров. Описаны упрощённая динамическая модель выдвижения кольца упруго-адаптивного стыковочного механизма при первом контакте, способ определения коэффициента вязкостного трения шарико-винтового преобразователя стыковочного механизма, являющегося параметром этой модели. Приведены методика, результаты и сравнение моделирования выдвижения стыковочного кольца с предложенным замедлителем и без него. Показано, что при наличии замедлителя выполняются требования Международного стандарта по импульсному нагружению пассивного интерфейса. Приведён приемлемый по массогабаритным параметрам вариант конструктивной реализации ограничителя скорости.
Список литературы
1. Сыромятников В.С. Стыковочные устройства космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1984. 216 с.
2. International Docking System Standard (IDSS) Interface Definition Document (IDD). Режим доступа: http://
редуктор Давида в устройстве стягивания периферийного стыковочного механизма / / Приводы и компоненты машин. 2019. № 3-4. С. 10-14.
5. Чернышев И.Е. Комбинированная модель 6-степенной платформы Гью-Стюарта для проектирования перспективного стыковочного механизма // Итоги диссертационных исследований. Т. 4. Материалы IV Всероссийского конкурса молодых ученых. М.: РАН, 2012. 129 с.
6. Мисюрин С.Ю., Ивлев В.И., Косарев А.А., Костин А.В. Определение границ мёртвых положений в механизмах с одной и нескольким степенями свободы // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2008. № 3. С. 50-55.
7. Яскевич А.В. Чернышев И.Е. Выбор параметров накопителя энергии для нового периферийного стыковочного механизма // Космическая техника и технологии. 2019. № 2(25). С. 55-66.
8. Яскевич А.В. Особенности динамики стыковки космических аппаратов при использовании периферийного механизма с накоплением кинетической энергии сближения // Космическая техника и технологии. 2019. № 4(27). С. 109-120.
9. Чернавский С.А. механических передач. строение, 1976. 597 с.
10. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. М.: Машиностроение, 1987. 560 с.
11. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. 20-е изд. М.: Высшая школа, 2010. 416 с.
Статья поступила в редакцию 01.09.2020 г. Окончательный вариант — 06.10.2020 г.
Проектирование М.: Машино-
Reference
1. Syromyatnikov V.S. Stykovochnye ustroistva kosmicheskikh apparatov [Spacecraft docking assemblies]. Moscow, Mashinostroenie publ., 1984. 216 p.
2. International Docking System Standard (IDSS) Interface Definition Document (IDD). Available at: http://internationaldockingstandard.com (accessed 10.08.2020).
3. Patent RU № 2657623. Periferiinyi stykovochnyi mekhanizm [Peripheral docking mechanism]. Yaskevich A.V., Pavlov V.N., Chernyshev I.E., Rasskazov Ya.V., Zemtsov G.A., Karpenko A.A.; the patent owner — PAO «RKK «Energiya»; application 2017119305 of 01.07.2017;published 14.06.2018.
4. Rasskazov Ya.V. Dvukhsatellitnyi tsikloidnyi reduktor Davida v ustroistve styagivaniya periferiinogo stykovochnogo mekhanizma [David's two-satellite cycloid reducer in a retraction device for peripheral docking mechanism]. Privody i komponenty mashin, 2019, no. 3-4, pp. 10-14.
5. Chernyshev I.E. Kombinirovannaya model' 6-stepennoi platformy Gough-Stewart dlya proektirovaniya perspektivnogo stykovochnogo mekhanizma [Combined model of 6-DoF Gough-Stewart platform for designing advanced docking mechanism]. Dissertation studies results. Vol. 4. Materials of the 4th All-Russia Young Scientists Competition. Moscow, RASpubl., 2012. 129 p.
6. Misyurin S.Yu., Ivlev V.I., Kosarev A.A., Kostin A.V. Opredelenie granits mertvykh polozhenii v mekhanizmakh s odnoi i neskol'kim stepenyami svobody [Determining the boundaries of dead-center positions in mechanisms with one and multiple degrees of freedom]. Problemy mashinostroeniya i avtomatizatsii, 2008, no. 3, pp. 50-55.
7. Yaskevich A.V., Chernyshev I.E. Vybor parametrov nakopitelya energii dlya novogo periferiinogo stykovochnogo mekhanizma [Choice of energy accumulator parameters for a new peripheral docking mechanism]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2019, no. 2(25), pp. 55-66.
8. Yaskevich A.V. Osobennosti dinamiki stykovki kosmicheskikh apparatov pri ispol'zovanii periferiinogo mekhanizma s nakopleniem kineticheskoi energii sblizheniya [Spacecraft docking dynamic features by using a peripheral mechanism with accumulation of approach kinetic energy]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2019, no. 4(27),pp. 109-120.
9. Chernavskii S.A. Proektirovanie mekhanicheskikh peredach [Mechanical transmission design]. Moscow, Mashinostroenie publ., 1976. 597p.
10. Krainev A.F. Slovar'-spravochnik po mekhanizmam [Dictionary-handbook on mechanisms]. Moscow, Mashinostroenie publ., 1987. 560 p.
11. Targ S.M. Kratkii kurs teoreticheskoi mekhaniki. 20-e izd. [A short course in theoretical mechanics. 20th edition]. Moscow, Vysshaya shkolapubl., 2010. 416p.
