CC BY
23
УДК 621.396.67:658.5.011.56
ПРИМЕНЕНИЕ САПР ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННОЙ НАСТРОЙКИ АНТЕНН КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
И. С. Додорин1, Н. А. Смирнов2, И. В. Матлак1
1АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: ivans@iss-reshetnev.ru, Matlak@iss-reshetnev.ru 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: smirnov@sibsau.ru
Рассмотрена проблематика настройки антенн космического аппарата. Для позиционирования рефлектора в пространстве применяется механизм с параллельной кинематикой. Предлагается новая методика прецизионной настройки антенн космического аппарата с использованием системы автоматизированного проектирования.
Ключевые слова: антенна космического аппарата, рефлектор, прецизионная настройка, матрица поворота, механизм с параллельной кинематикой.
USING CAD FOR PRECISION ADJUSTMENT SATELLITE ANTENNAS
I. S. Dodorin1, N. A. Smirnov2, I. V. Matlak1
1JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information satellite systems" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: ivans@iss-reshetnev.ru, Matlak@iss-reshetnev.ru 2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: smirnov@sibsau.ru
The article deals with the problems of adjustment satellite antennas. For positioning reflector in the space used mechanism with parallel kinematics. A new method of precision adjustment satellite antennas using CAD system.
Keywords: satellite antenna, reflector, precision adjustment, rotation matrix, the mechanism with parallel kinematics.
Качество передаваемого спутником сигнала напрямую зависит от радиотехнических характеристик (РТХ) антенн космического аппарата (КА), которые, в свою очередь, обусловлены взаимным расположением облучателя и антенны. В связи с этим, для их настройки, а именно для нахождения наилучшего положения рефлектора и излучателя относительно друг друга используется механизм на основе параллельной кинематики с шестью степенями свободы (гексапод) [1-3]. В замкнутой кинематической цепи этого механизма обеспечивается высокая жёсткость всей конструкции, соответственно повышается точность позиционирования.
Для поиска наилучшего положения разработан стенд для прецизионной настройки антенн КА (рис. 1), на котором отрабатываются варианты позиционирования и проводятся измерения РТХ. Найденное оптимальное положение элементов стенда воспроизводится на реальном КА.
Нахождение оптимального положения путем итерационных перемещений гексапода с промежуточными измерениями РТХ антенны является долгой и трудоемкой операцией. Для достижения положения указанного к конструкторской документации (КД) требуется совершить 5-10 перемещений с последующими измерениями РТХ.
Анализ пользовательской документации гексапода позволил построить его модель со всеми кинематическими связями и ограничениями в составе модели технологического стенда для прецизи-
Секция «Механика конструкций ракетно-космической техники»
онной настройки антенн КА (см. рис. 1) [4]. Это позволило перенести операции по нахождению наилучшего положения с «живой» модели в систему автоматизированного проектирования (САПР), что в свою очередь снизило количество итерационных перемещений и дало возможность нахождения наилучшего приближения исходных координат контрольных точек к их же координатам в КД.
Рис. 1. Макет стенда: 1 - основание; 2 - стойка; 3 - гексапод для рефлектора;
4 - крепёж для облучателя
Вторым важным аспектом применения САПР является возможность определения матрицы поворота при перемещении системы координат из одной точки в другую (рис. 2). Анализ программного обеспечения гексапода в свою очередь выявил возможность применения данных матриц для управления перемещениями гексапода в пространстве [5-7].
Рис. 2. Исходное положение системы координат гексапода (а): 1 - начальная точка: 2 - конечная точка. Конечное положение системы координат гексапода (б): 1-2 - конечная точка
Любое вращение в трехмерном пространстве может быть представлено как совокупность поворотов вокруг трех ортогональных осей [8]. Этой композиции соответствует матрица, равная произведению соответствующих трех матриц поворота (1). Применения САПР позволяет избежать расчетов и сразу получить результирующую матрицу поворота и смещения по осям (рис. 3).
Мху2 (а,р,у) = Мх (а) хМу (р) хМ2 (у) =
(1 0 0 1 Г 008 Р 0 8Ш Р0 1 '008 у - 8Ш у 01
0 008 а - 8т а х 0 1 0 х 8Ш у 008 у 0
V 0 8т а 008 а у V - 8Ш Р 0 008Р у V0 0 1 у
(1)
ОхА 129,03mm OyA
UxA Ii UyA
VxA |o VyA
WxA lü WyA
-23,O05nnnn
0.985206
0,171375
OzA 147,236mm
UzA |o
VzA | -0,171375
WzA 10,965206
Рис. 3. Пример матрици поворота вокруг оси X от результирующей системы координат к исходной и смещения по осям, полученной с помощью САПР
Значения из полученных матриц переносится в программное обеспечение гексапода [9]. Гекса-под в свою очередь совершает перемещение в результирующую систему координат.
Благодаря 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.
Библиографические ссылки
1. Fong Terrence W. Design and Testing of a Stewart Platform Augmented Manipulator for Space Applications: Massachusetts Institute of Technology, 1990. 260 p.
2. Merlet J.-P. Parallel Robots Second Edition, Springer 2006. 401 p.
3. Sandin P. E. Robot mechanisms and mechanical devices illustrated, 2003. 300 p.
4. Зенкевич С. Л., Ющенко А. С. Основы управления манипуляционными роботами. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. 480 с.
5. Подураев Ю. В. Мехатроника: основы, методы, применение. М. : Машиностроение, 2007.
256 с.
6. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин. М. : Наука, 1988. 640 с.
7. Глазунов В. А. Принципы классификации и методы анализа пространственных механизмов с параллельной структурой // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1990. № 1. С. 41-49.
8. Кузьмин Д. В. Моделирование динамики мехатронных систем. Уравнения и алгоритмы Монография. Архангельск : Арханг. гос. техн. ун-т, 2008. 20 с.
9. Осипов Д. Delphi. Профессиональное программирование. СПб. : Символ-Плюс, 2006. 1056 с.
© Додорин И. С., Смирнов Н. А., Матлак И. В., 2016
