Расчет уголкового отражателя на действие виброускорений и оценка прочности крепежных болтов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Проектирование и производство летательны.хаппаратов, космические исследования и проекты

УДК 534

Р. А. Сабиров

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

РАСЧЕТ УГОЛКОВОГО ОТРАЖАТЕЛЯ НА ДЕЙСТВИЕ ВИБРОУСКОРЕНИЙ И ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ КРЕПЕЖНЫХ БОЛТОВ

Рассмотрено вычисление собственных частот и свободных колебаний уголкового отражателя по начальным условиям с вычислением внутренних усилий для расчета болтов крепления.

К летательному аппарату (ЛА) жестко прикреплен уголковый отражатель (рис. 1). Заданы следующие ускорения: перпендикулярно плоскости крепления оборудования аг = 10 g ; в плоскости крепления оборудования ах = 6 g (g - ускорение свободного падения). Предварительные расчеты для синусоидальных колебаний показали, что наиболее невыгодные комбинации начальных скоростей движения ЛА от вибрационных ускорений возникают при технической частоте / = 30 Гц. При этом, перпендикулярно плоскости крепления оборудования начальная скорость колебательного движения равна у02 = 0,5 м/с, а в плоскости крепления оборудования у0х = 0,3 м/с.

Уголковый отражатель (УО) (рис. 1) состоит из пластины, содержащей отражающие элементы, и стержня длиной I = 150 мм, соединяющего пластину и основание (рис. 1, а). Основание прикрепляется к ЛА с помощью болтов. Пластина отражателя моделируется в виде жесткого диска; расчетная схема УО представляется системой с шестью степенями свободы. Движение системы опишем с помощью физических координат х1 = х (/), г = 1 - 6, представляющих обобщенные перемещения (рис. 1, б), которым соответствуют обобщенные силы ^ = ^ ((), г = 1 - 6 (рис. 1, в).

Обозначим потенциальную энергию деформации системы и кинетическую энергию стержня с прикрепленным к нему жестким диском как П(¥2,...,^6) и Т(хХ1,Х2,...,Х6). Для консервативной системы уравнение ё (П + Т)/ ё = 0 приводит динамическую задачу к проблеме обобщенных собственных значений [Я]{А} = 1[В]{А}, где [Я] и [В] - матрицы; 1 -

собственное число. Для определения движения массы УО по начальным условиям разложим движение системы по формам ее собственных колебаний; введем

обобщенные координаты q(t) в виде xi (t) = X qk (t) Aik , где Ak - амплитуда перемещений xt при k -й форме собственных колебаний. Обобщенные координаты выберем в виде qk (t) = C1k cos(rokt) + C2k sin(wkt). Постоянные C1k и

C2k вычисляются по начальным условиям xj (t) = x* и xt (t) = x*, t = 1 - 6, где знаком (*) обозначены заданные значения.

Приведем расчет УО из материала Aluminum 1060-Н14. Масса пластинки составила 0,48 кг. Движение распалось на независимые движения. Так изгибу соответствуют собственные частоты ю1 = 1576,96 рад/с и ю2 = 329,4 рад/с ; продольному растяжению -ю5 = 10 411 рад/с и кручению - частота ю6 = 442,25 рад/с . Зададим xt (0) = 0 , t = 1 - 6 ; x (0) = v0x, x5 (0) = v0z и xt (0) = 0 для компонент с индексами t = 2, 3, 4, 6 . Приведем некоторые результаты расчета (рис. 2). Траектория движения стержня УО в месте его крепления к диску показана на рис. 2, а. Функция продольной силы Nz (t) = XF5jqj (t) приведена на рис. 2, б. Ее максимальное значение соответствует инерционной силе F = mvozю5 = 0,48 кг • 0,5 м/с-10411 рад/с = 2498,6 Н .

Функции изгибающих моментов М"4™ (t) = ^ F4t qt (t) в сечении z = l и М™ (t) = ^ (F4t - F3il) qt (t) в сечении z = 0 стержня представлены на рис. 2, в.

Выполнены проверки решений. Вычислены напряжения в болтах основания УО по правилам сопротивления материалов; напряжения сравнимы со значениями допускаемых напряжений стальных болтов при их растяжении и срезе.

vx6

'У

F5

x3

F6

F4

>С У

Рис. 1. Уголковый отражатель и его расчетная схема (РС): а - внешний вид отражателя; б - РС, на которой приведены обобщенные перемещения; в - РС, на которой показаны обобщенные силы

z

Z

в

Решетневские чтения

Рис. 2. Результаты динамического расчета УО: а - траектория движения центра пластины УО; б - изменение усилия Nz (7); в - изгибающий момент в стержне в месте его крепления с пластиной (показан сплошной линией) и изгибающий момент в стержне в месте его крепления с основанием (показан штриховой линией)

R. А. Sabirov

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

THE CALCULATION OF ANGELED REFLECTOR TO THE ACTIVITY OF THE VIBROSPEEDING ACTIONS AND THE ASSESSMENT OF THE FIXING BOLTS STRENGTH

The calculation of proper frequency and free vibrations of angeled reflector in the initial conditions with the calculation of inner efforts for fastening bolts computation sare considered.

© Сабиров Р. А., 2010

УДК 629.78

В. В. Салмин, В. В. Волоцуев

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (Национальный исследовательский университет), Россия, Самара

ЗАДАЧА ВЫБОРА ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭНЕРГОДВИГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОРАКЕТНОГО МОДУЛЯ НИЗКООРБИТАЛЬНОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Предлагается подход к решению задачи проектирования низкоорбитального космического аппарата с энергодвигательным электроракетным модулем на основе системного подхода, в рамках которого проводится анализ возможных проектных решений и синтез оптимальных решений по заданным критериям.

Объектом исследований является низкоорбитальный космический аппарат научного или прикладного назначения с энергодвигательным электроракетным модулем. Предметом исследования являются проблемы и задачи проектирования и конструирования подобных космических аппаратов.

Энергодвигательный электроракетный модуль является частью космического аппарата и объединяет в себе: электроракетную двигательную установку; подсистему энергопитания для обеспечения электроэнергией электроракетной двигательной установки; подсистему обеспечения теплового режима компонентов модуля; элементы конструкции модуля. Энергодвигательный электроракетный модуль используется на космическом аппарате для управления параметрами низкой орбиты: совершения орбиталь-

ных маневров; коррекции орбитальных параметров, изменяющихся под действием верхней атмосферы Земли.

Электроракетная двигательная установка включает в свой состав блок электроракетных двигателей; систему хранения и подачи рабочего тела для электроракетной двигательной установки; бортовой комплекс управления включениями электроракетных двигателей; элементы конструкции.

Основными отличительными особенностями современных электроракетных двигателей являются малая величина силы тяги, высокий удельный импульс относительно других классов ракетных двигателей, потребность в электрической энергии для функционирования, малый расход рабочего тела, относительно небольшая масса двигателя и запасов топлива.