Разработка прецизионных приводов для систем регулировки формы отражающей поверхности рефлектора космического аппарата Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 629.76

РАЗРАБОТКА ПРЕЦИЗИОННЫХ ПРИВОДОВ ДЛЯ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВКИ ФОРМЫ ОТРАЖАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ РЕФЛЕКТОРА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА*

А. В. Азин1, С. В. Пономарев1, С. В. Рикконен1, Н. Н. Марицкий1, С. А. Кузнецов2

Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики Томского государственного университета Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 36 2АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: antonazin@niipmm.tsu.ru

Космическая отрасль нуждается в прецизионных пьезоприводах, применение которых существенно снижает массогабаритные показатели исполнительных устройств космических аппаратов. Разработана уникальная конструкция пьезопривода.

Ключевые слова: пьезопривод, космический аппарат, колебательная система, физическая модель, точность отражающей поверхности.

DEVELOPMENT OF PRECISION DRIVES FOR THE ADJUSTMENT SYSTEMS OF THE SPACECRAFT ANTENNA REFLECTING SURFACE

A. V. Azin1, S. V. Ponomarev1, S. V. Rikkonen1, N. N. Maritsky1, S. A. Kuznetsov2

1Research institute of Applied Mathematics and Mechanics Tomsk State University 36, Lenina Av., Tomsk, 634050, Russian Federation 2JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: antonazin@niipmm.tsu.ru

The space industry needs precision piezo drives. The use of piezo drive significantly reduces the weight and overall dimensions of spacecraft actuators. The unique design of the piezodrive is developed.

Keywords: piezo drive, spacecraft, oscillatory system, physical model, reflective surface accuracy.

Введение. Анализ современных тенденций развития крупногабаритных трансформируемых антенных рефлекторов с вантовой формообразующей системой показывает постоянную необходимость увеличения габаритов антенных рефлекторов и точности настройки отражающей поверхности (ОП) [1-4]. Увеличение размеров и усложнение конструкций рефлекторов приводит к увеличению веса конструкции и усложняет процесс настройки формы ОП.

Для настройки формы ОП рефлектора предлагается использовать автономные натяжители вантовых элементов. Автономный натяжитель состоит из источника питания на основе солнечных батарей, блока управления и прецизионного пьезоэлектрического привода. Пьезоэлектрический привод на основе многослойного пьезопакета обладает рядом преимуществ над остальными типами приводов для применения в условиях космоса: точность позиционирования, стабильность работы при динамическом режиме, развиваемое усилие, температурный диапазон работы, малый вес и габариты.

В НИИ ПММ ТГУ разработаны несколько физических моделей конструкций прецизионного пьезопри-вода (IIII). работающего в дорезонансном режиме и предназначенных для однонаправленного движения направляющего штока [5]. Конструкция одного ПП типа «Захват» представлена на рис. 1.

ПП типа «Захват» состоит из внешнего корпуса. внутреннего корпуса, подвижного штока, захвата, толкателя. пьезопакета и торцевых щитов ПП. Изначально отверстие захвата выполнено большим диаметром. чем диаметр штока и шток свободно движется в захвате. При расположении корпуса пьезодвига-теля относительно корпуса ПП под некотором углом захват фиксирует шток. Фиксация штока захватом обеспечивает необходимую силу удержания нагрузки. Положительный сигнал управления увеличивает длину пьезопакета. пьезодвигатель перемещает захват и нагрузку. тем самым совершая работу. При снятии сигнала управления пьезопакет сжимается. подвижная система претерпевает переходный процесс возвращения в исходное состояние.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России, уникальный идентификатор КРМБИ57817Х0257.

Решетневские чтения. 2018

Рис. 1. Эскиз ПП типа «Захват»

Рис. 2. Экспериментальная зависимость скорости штока от амплитуды управляющего напряжения пьезопакета АПМ-2-22

При этом захват перехватывает шток в новое положение обеспечивая пошаговое перемещение штока со следующим сигналом управления. Процесс реверсивной работы осуществляется в процессе подачи отрицательного сигнала управления на пьезопакет.

Конструкция ПП выполнена таким образом, что единственное место высокой точности находится в зоне захвата штока. Точность изготовления данного соединения - 10 мкм. Основные элементы ПП выполнены из алюминия, сталь применялась для изготовления штока, толкателя и захвата. В конструкции ПП используется пьезопакет АПМ-2-22 фирмы АО «НИИ «Элпа» (Москва). Результаты экспериментальных исследований работы ПП типа «Захват» представлены на рис. 2.

При увеличении амплитуды управляющего напряжения увеличивается скорость движения нагрузки. С ростом нагрузки скорость движения штока снижается и составляет 3-5 мм/мин при весе нагрузки 1 кг.

Выводы. Представлена оригинальная конструкция прецизионного пьезопривода типа «Захват», которая имеет ряд существенных преимуществ по сравнению со всеми известными конструкциями пьезоприводов: 1) простота конструкции; 2) высокое значение силы удержания; 3) простота управления в системе один канал управления; 4) возможность применить преобразование энергетических параметров ПП; 5) техно-

логичность изготовления; 6) широкая возможность регулирования скорости.

Библиографические ссылки

1. Ozawa S. Design concept of large deployable reflector for next generation L-band SAR satellite // The 2nd International Scientific Conference Advanced Lightweight Structures and Reflector Antennas Proceedings (October 1-3, 2014 Tbilisi, Georgia). P. 43-51.

2. Nakamura K., Nakamura N. Concept Design of 15m class Light Weight Deployable Antenna Reflector for L-band SAR Application // 3rd AIAA Spacecraft Structures Conference, AIAA SciTech Forum(AIAA 2016-0701, San Diego, USA). Doi: 10.2514/6.2016-0701.

3. Zheng F., Chen M. New Conceptual Structure Design for Affordable Space Large Deployable Antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2015. Vol. 63, №. 4. P. 1351-1358. Doi: 10.1109/ TAP.2015.2404345.

4. Пономарев С. В. Трансформируемые рефлекторы антенн космических аппаратов // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2011. № 4(16). С. 110-119.

5. Экспериментальные исследования режимов работы физической модели линейного пьезопривода / А. В. Азин, С. В. Пономарев, С. В. Рикконен и др. //

Решетневские чтения : материалы XXI Междунар. науч. конф. (8—11 ноября 2017, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2017. С. 59-60.

References

1. Ozawa S. [Design concept of large deployable reflector for next generation L-band SAR satellite]. The 2nd

International Scientific Conference Advanced Lightweight Structures and Reflector Antennas Proceedings. Tbilisi, 2014. P. 43-51.

2. Nakamura K., Nakamura N. [Concept Design of 15m class Light Weight Deployable Antenna Reflector for L-band SAR Application]. 3rd AIAA Spacecraft Structures Conference, AIAA SciTech Forum. San Diego, 2016. Doi: 10.2514/6.2016-0701.

3. Zheng F., Chen M. New Conceptual Structure Design for Affordable Space Large Deployable Antenna. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2015, Vol. 63, No. 4. P. 1351-1358. Doi: 10.1109/TAP. 2015.2404345.

4. Ponomarev S. V. [Transformable reflectors of spacecraft]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo univer-siteta. Matematika i mekhanika. 2011, No. 4 (16), P. 110-119 (In Russ.)

5. Azin A. V., Ponomarev S. V., Rikkonen S. V., Kuznetsov S. A. [Experimental researching modes of physical models of linear piezo drive] Reshetnevskie chteniya : materialy XXI Mezhdunar. nauch. konf. Krasnoyarsk, 2017. P. 59-60 (In Russ.)

© Азин А. В., Пономарев С. В., Рикконен С. В., Марицкий Н. Н., Кузнецов С. А., 2018