Особенности расчетного обеспечения прочности и жесткости малогабаритного трехосного опорно-поворотного устройства Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 621.396.96

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЧНОСТИ И ЖЕСТКОСТИ

МАЛОГАБАРИТНОГО ТРЕХОСНОГО ОПОРНО-ПОВОРОТНОГО УСТРОЙСТВА

А. В. Бондарев, Т. А. Киприянова*, О. А. Груничева, С. В. Артамонов

АО «Научный центр прикладной электродинамики» Российская Федерация, 190103, г. Санкт-Петербург, Рижский просп., 26 *E-mail: tatiana.kipriyanova@scaegroup.com

Рассмотрены особенности расчетного моделирования малогабаритного трехосного опорно-поворотного устройства с высокими скоростями наведения.

Ключевые слова: трехосное опорно-поворотное устройство, корабельная антенная установка, ось наклона оси цапф, особенности расчета, конечно-элементное моделирование, радиопрозрачное укрытие.

SPECIFIC FEATURES OF STRENGTH AND RIGIDITY CALCULATED SIMULATION

OF SMALL-SIZED THREE-AXIS REFERENCE-ROTARY DEVICE

A. V. Bondarev, T. A. Kipriyanova*, O. A. Grunicheva, S. V. Artamonov

JSC "Scientific Center of Applied Elektrodynamics" 26, Rizhskiy Av., Saint-Peteiburg, 190103, Russian Federation

*E-mail: tatiana.kipriyanova@scaegroup.com

The paper contemplates specific features of calculated simulation of the small-sized three-axis reference-rotary device with high aiming speed.

Keywords: three-axis reference-rotary device, shipboard antenna installation, axis of the pin axis inclination, calculated simulation specific features, finite element modeling, radome.

Опорно-поворотное устройство (ОПУ) корабельной антенной установки (АУ), назначением которой является обеспечение непрерывного сопровождения космического аппарата, должно обеспечивать наведение при одновременном воздействии бортовой и килевой качки большой амплитуды с малым периодом.

Заданные параметры качки определили коэффициенты перегрузки от качки, рассчитанные по отраслевому стандарту, а также высокие требуемые скорости и ускорения наведения ОПУ. Под коэффициентами перегрузки от качки понимаются отношения проекций на корабельные оси координат действующих на объект сил к весу рассматриваемого объекта [1].

При конструктивной проработке трехосного ОПУ в соответствии с техническими требованиями (ТТ) рассмотрены два варианта построения ОПУ:

- ОПУ с тремя перпендикулярно расположенными осями;

- ОПУ с расположением оси наклона оси цапф (НОЦ) под углом 45° к горизонту.

По результатам моделирования выяснено, что только реализация второго варианта обеспечивает расхождение зеркальной системы с радиопрозрачным укрытием (РПУ) заданного внутреннего объема при всех углах поворота зеркальной системы по трем осям.

Согласно ТТ разработаны два варианта построения ОПУ: трехосного с параболической антенной и двухосного с фазированной антенной решеткой (ФАР) (рис. 1, 2).

Оптимизация конструкции ОПУ, сопровождаемая 3Б-моделированием и конечно-элементным модели-

рованием, велась по критерию «жесткость (деформации, собственные частоты) - прочность - кинематика (размещение под РПУ)». Основными элементами оптимизации стали вилка и кронштейн.

Состав, последовательность и назначение выполняемых расчетов при проектировании трехосного ОПУ корабельной АУ представлены на рис. 3.

В качестве исходных данных для разработки приводов наведения АУ определены суммарные моменты нагружения осей наведения включающие: инерционные моменты, моменты неуравновешенности с учетом перегрузки от качки и моменты трения.

Для увеличения жесткости, с целью обеспечения точности наведения, в процессе проектирования создано несколько вариантов конструкций ОПУ для достижения того, чтобы угловые отклонения фокальной оси АУ за счет деформаций ОПУ не превышали допустимых. Для них построены конечно-элементные модели (КЭМ) ОПУ в программном комплексе конечно-элеметного анализа А№У8 [2] для двух положений зеркала: «в горизонт» - угол места 0° и «в зенит» - угол места 90° (рис. 4, 5).

На разработанных моделях определены напряженно-деформированные состояния для различных положений зеркала от максимальных инерционных рабочих нагрузок в условиях качки. Определены соответствующие углы поворота ОПУ вокруг угломестной оси, азимутальной оси и оси НОЦ, а также отклонения фокальной оси в картинной плоскости. Полученные угловые отклонения фокальной оси окончательного варианта ОПУ подтвердили реализуемость технических требований.

Решетневские чтения. 2017

Рис. 1. Трехосная антенная установка с параболической антенной

Рис. 2. Двухосная антенная установка с ФАР

Состав выполняемых расчетов при проектировании трехосного ОПУ корабельной АУ

X

Расчет нагрузок

I ___

Коэффициенты перегрузки от качки в рабочих и походных условиях по данным о параметрах качки

-—-г

Ветровые, весовые и инерционные нагрузки

Расчеты на прочность

и жесткость металлоконструкций и механизмов

на элементы и узлы АУ

I '

Нагрузки и ю

подшипников исполнительных осей. Моменты трения

I

Моменты нащужещы исполнительных осей ОПУ. Циклограммы нагд^жешм осей наведения: ВН. НОЦ и ГН

I-

Прочность

металлоконструкций и механизмов ОПУ

Напряженно-деформированное состояние конструкции ОПУ

Прочность и выносливость механизмов наведения АУ

Ошибка наведения (деформации) АУ от ветровой и инерционных нагрузок

Математическое (конечно-элементно е) мо дел ир ование

конструкций в ПК «АШУЗ»

К онечно -элементные

модели ОПУ для положений АУ "в зенит" и "в горизонт"

Жесткость металлоконструкций ОПУ и механизмов наведения

Тепловые расчеты

стационарного и нестационарного теплообмена

Температурные поля

и температурные деформации ОПУ от воздействия солнечной радиации

Параметры моделей механических частей приводов наведения. Исходные данные для разработки приводов наведения

Ошибки наведения АУ. обусловленные темпер атурными деформациями

Модальный анализ: расчет частот и форм собственных колебаний

л-

Гармонический анализ Динамический анализ

1

Угловое отклонение фокальной оси АУ.

обусловленное деформациями ОПУ

Рис. 3. Перечень расчетного обеспечения проектирования корабельной АУ

Рис. 4. Положение зеркала «в горизонт»

Рис. 5. Положение зеркала в «зенит»

Кроме того, определены частоты и формы собственных колебаний ОПУ с массо-инерционными характеристиками параболической антенны и ФАР для двух положений зеркала. Частоты собственных колебаний АУ без учета местных податливостей составляют не менее 30 Гц. Достижение определенного уровня собственных частот является необходимым условием управляемости АУ электросиловыми следящими приводами наведения ОПУ с обеспечением требуемой точности.

Библиографические ссылки

1. Семенов-Тян-Шанский В. В. Качка корабля. Л. : Судостроение. 1969. 392 с.

2. Басов К. А. ANSYS: справочник пользователя. М.: ДМК Пресс, 2005. 640 с.

References

1. Semenov-Tyan-Shanskii V. V. Kachka korablya. Leningrad, Sudostroenie, 1969, 392 p.

2. Basov K. A. ANSYS: spravochnik pol'zovatelya. Moscow, DMK Press, 2005, 640 p.

© Бондарев А. В., Киприянова Т. А., Груничева О. А., Артамонов С. В., 2017