Прецизионная настройка антенн космического аппарата с применением систем автоматизированного проектирования Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Системы управления, космическая навигация и связь

УДК 621.396.67:658.5.011.56

ПРЕЦИЗИОННАЯ НАСТРОЙКА АНТЕНН КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С ПРИМЕНЕНИЕМ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

И. С. Додорин1, А. В. Темляков1, И. В. Матлак1, Н. А. Смирнов2

1ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: [email protected] 2 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Рассмотрен способ позиционирования антенн космического аппарата с использованием интегрированных систем автоматизированного проектирования.

Ключевые слова: прецизионная настройка, РТХ, гексапод, САПР

SPACECRAFT ANTENNA PRECISION TUNING USING COMPUTER-AIDED DESIGN

I. Dodorin1, A. Temlyakov1, I. Matlak1, N. Smirnov2

JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation

E-mail: [email protected] 2Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation

A method to positioning the antennas on the spacecraft using computer-aided design is explained.

Keywords: precision positioning, radio characteristics, hexapod, CAD.

Одной из важнейших характеристик космического аппарата (КА) являются радиотехнические характеристики (РТХ) его антенн. В связи с этим для их настройки, а именно: для нахождения наилучшего позиционирования рефлектора и излучателя используется механизм на основе параллельной кинематики с шестью степенями свободы (гексапод). В замкнутой кинематической цепи этого механизма обеспечивается высокая жёсткость всей конструкции, соответственно, повышается точность позиционирования.

Для достижения наилучшего позиционирования потребовалось разработать методику для прецизионной настройки антенн космического аппарата с использованием механизма параллельной структуры в условиях применения интегрированных систем автоматизированного проектирования (САПР), позволяющих снизить трудоёмкость и сократить длительность технологической операции производства и способствующих повышению качества проектных решений.

Анализ пользовательской документации гексапода позволил построить его модель со всеми кинематическими связями и ограничениями для прецизионной настройки антенн КА. Использование этой модели дает возможность визуального контроля перемещений в САПР до осуществления позиционирования рефлектора в пространстве и, что очень важно, нахожде-

ния наилучшего приближения исходных координат контрольных точек к их же координатам в конструкторской документации (КД).

Рассмотрим пример перемещения рефлектора в САПР (рис. 1). Вместо группы контрольных точек и их координат по КД для наглядности выберем первую, начальную точку, лежащую на поверхности рефлектора, и вторую, конечную точку, расположенную таким образом, чтобы вращение осуществилось только вокруг оси X (рис. 1, а).

Затем перемещаем рефлектор и всю конструкцию, выполнив операцию «совпадение» этих точек. Рефлектор связан определёнными ограничениями с платформой гексапода, на которой лежит исходная система координат, поэтому переместившись, он сдвигает эту платформу и тем самым образует новую систему координат, переход в которую и необходимо совершить гексаподу (рис. 1, б).

Используя инструменты САПР, выполняем измерение положения результирующей системы координат к исходной, получаем матрицу поворота и смещения её в пространстве (рис. 2); поворот матрицы вокруг оси Х показан на рис. 2, а; если же поворот осуществляется вокруг нескольких осей, то матрица поворота будет иметь следующий вид (рис. 2, б).

Полученные матрицы проверяем аналитически (1) и (2) [1].

Решетневскуе чтения. 2014

Рис. 1. Положение системы координат гексопода: а - исходное: 1 - начальная точка; 2 - конечная точка; б - конечное: 1-2 - конечная точка

GxA OyA -£3,OffSiwn OeA 47,Z36nm

UxA fl UyA U2A 0

VxA |o VyA а.ъаьт VjA 1-0,171375

WxA Ы WyA G,l7l37S WzA Oj 985 306

а

OxA f29,83mm OyA -23,085тгм OzA ¡47,236mm

UxA fo ,552155 UyA 0,305616 UzA 0

■VxA -0,301095 VyA 0,938068 VzA -0,171375

WxA -0,052375 WyA 0,163175 WzA 10,985206

б

Рис. 2. Матрица поворота: а - вокруг осиXот результирующей системы координат к исходной и смещения по осям; б - вокруг оси X и 1 от результирующей системы координат

к исходной и смещения по осям

(1 0

Mx (а) =

0 Л (1

0 cos а - sin а 0 sin а cos а

0

0

0 0,9852 -0,1713 0 0,1713 0,9852

где а = 9,8677°

Mxz (а, р)= Mx (а)х Mz () =

(10 0 Л (cos р - sin р 0Л 0 cos а - sin а ,0 sin а

cos а

sin р cos р 0 0 0 1

( cos р - sin р 0 Л

- cos а sin р cos а cos р - sin а

sin а sin р sin а cos р cos а

( 0,9521 0,3056 0 Л

-0,3010 0,9380 -0,1713

-0,0523 0,1631 0,9852

Ч ' ' '

где а = 9,8677°; в = -17,795°

Л Значения из полученных матриц переносим в про-

граммное обеспечение гексапода. Гексапод в свою очередь совершает перемещение в результирующую систему координат.

(1) Благодаря данной методике и использованию САПР появилась возможность при помощи гексапода добиться совпадения контрольных точек на рефлекторе с точками, указанными в КД, и существенно снизить количество и трудоёмкость выполняемых операций прецизионной настройки антенн КА.

Библиографическая ссылка

1. Лурье А. И. Аналитическая механика. М. : Физ-матлит, 1961. 824 с.

Reference

1. Lurie A. I. Analiticheskaya mehanika (Analytical

(2) mechanics). Moscow, Fizmatlit Publ., 1961, 24 p.

© Додорин И. С., Темляков А. В., Матлак И. В.,

Смирнов Н. А., 2014