CC BY
100
Секция «Модели и методы анализа прочности, динамики и надежности конструкций КА»
УДК 621:53.08
С. В. Ромащенко, И. С. Морозков, Е. А. Шевцов Научный руководитель - А. К. Шатров ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Железногорск
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ТРАНСФОРМИРУЕМЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
В процессе изготовления космического аппарата встает вопрос выбора наиболее оптимального метода определения моментов инерции крупногабаритных конструкций, входящих в его состав. Основной вопрос заключается в выборе метода, позволяющего определить моменты инерции крупногабаритных трансформируемых конструкций малой массы с высокой точностью.
К космическому аппарату (КА), управляемым в полете или стабилизируемым вращением либо за счет гравитационных сил, предъявляются требования совмещения главных осей инерции с геометрическими осями координат, относительно которых осуществляется управление изделием. При отсутствии совпадения осей кинематический момент, действующий в процессе управления, вызывает сложное движение изделия, состоящее из вращения вокруг главной оси и прецессии этой оси вокруг вектора кинематического момента [1].
Положение главных осей реально изготовленного изделия может отличаться от расчетного из-за погрешностей в величинах масс объектов, а также в их пространственном расположении. Отсюда возникает задача экспериментального определения положения главных осей инерции КА и, в случае необходимости, совмещения их с геометрическими осями за счет установки дополнительных грузов.
Высокие требования точности к определению положения главных осей изделий делают необходимым высокоточное определение моментов инерции КА и его отдельных узлов, изготовленных из композиционных материалов, которые при больших габаритах имеют сравнительно небольшой вес. Данные измерения можно осуществить только с помощью сложных специально разработанных стендов (допустимая погрешность в зависимости от требований ориентации составляет 0,1.. .0,5 %).
Рассмотрим основные методы определения моментов инерции. Они делятся на две основные группы: маятниковые и динамические. Маятниковые основаны на придании испытуемому объекту колебаний (крутильных или качательных) и определение момента инерции по параметрам колебаний. В динамических методах момент инерции определяют по параметрам движения тела, которому придают ускоренное вращательное движение.
Для агрегатов КА предпочтение отдается маятниковым методам, обеспечивающим более высокую точность. Наибольшее распространение получил метод унифилярного подвеса, на базе которого работают стенды СИМИ (стенд измерения моментов инерции), конструкция которых представляет собой платформу жестко скрепленным с торсионом. Другой конец которого закреплен в корпусе стенда.
При измерении момента инерции изделие с платформой закручивают на небольшой угол 1.3° и за-
тем отпускают. При этом система изделие - платформа совершает периодическое медленно затухающее колебательное движение с практически постоянным периодом. Далее по полученным значениям выполняется расчет моментов инерции узла КА.
Для закрепления крупногабаритных узлов на стенде СИМИ требуется платформа больших размеров, следовательно, увеличивается момент инерции самого стенда. Вследствие этого, погрешность определения моментов инерции легких крупногабаритных конструкций будет очень велика.
Исходя из вышесказанного, одним из способов определения моментов инерции крупногабаритных трансформируемых конструкций малой массы является маятниковый метод с заменой поворотной платформы на подвесы [2].
Схема стенда с подвесами
Одной из приемлемых схем стенда по данному методу можно представить в виде трех подвесов (ввиду сложности удержания изделия в горизонтальной плоскости на одном подвесе) (см. рисунок), но их использование приводит к нелинейным зависимостям, что усложняет расчет и требует специальных хронометров для измерения амплитуды и периода колебаний.
Библиографические ссылки
1. Современные методы и средства балансировки машин и приборов. М. : Машиностроение, 1985.
2. Boynton R., Wiener K. Mass properties measurement handbook. Wichita, Kansas, 1998.
© Ромащенко С. В., Морозков И. С., Шевцов Е. А., Шатров А. К., 2010
