CC BY
10УДК 62-1/-9
СИСТЕМА ВЫВЕСОК ДЛЯ РАСКРЫТИЯ ПАНЕЛЕЙ БАТАРЕЙ СОЛНЕЧНЫХ В УСЛОВИЯХ ГРАВИТАЦИИ ЗЕМЛИ
Е. И. Баданин*, А. И. Лавриненко
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: [email protected]
Для исключения отказов в полете, за счет обнаружения возможных ошибок конструирования и сборки, во время наземных экспериментальных испытаний особое внимание уделяется испытаниям конструкций, не способных поддерживать собственный вес в условиях земной гравитации, например, механических устройств батарей солнечных (МУБС).
Предложена система вывесок, которая обеспечивает имитацию невесомости МУБС космического аппарата (КА) на специализированном стенде, состоящем из силового каркаса и комплекта оборудования для отслеживания перемещения центра масс (ЦМ) батареи солнечной (БС).
Ключевые слова: экспериментальные испытания, механизмы раскрытия, земная гравитация, механические устройства, имитация невесомости, батарея солнечная.
SYSTEM OF SIGNBOARDS FOR DISCLOSING OF PANELS OF BATTERIES SOLAR IN THE CONDITIONS OF GRAVITATION OF THE EARTH
E. I. Badanin*, A. I. Lavrinenko
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
For an exception of refusals in flight, at the expense of detection of possible errors of designing and assemblage, during land experimental tests, the special attention is given to tests of the designs, not capable to support a body weight in the conditions of terrestrial gravitation, for example, mechanical devices of batteries solar.
The system of signboards which provides imitation of weightlessness mechanical devices of batteries solar of a space vehicle at the specialized stand, consisting of a power skeleton and the complete set of the equipment for tracing of moving of the center of weights of the battery solar (БС) is offered.
Keywords: experimental tests, disclosing mechanisms, terrestrial gravitation, mechanical devices, weightlessness imitation, the battery solar.
Введение. Устройство КА представляет собой совокупность сложных систем, от работы каждой из которых зависит выполнение КА своих задач [1]. На заводе-изготовителе все системы спутника испытывают в отдельности, затем испытания проходит весь КА.
Механические испытания КА, служат для подтверждения механической стойкости конструкции и качества сборки спутника путем механических воздействий, которые проводятся на специальных стендах. Одним из видов испытаний механических устройств являются испытания функционирования БС в условиях воздействия гравитации Земли [2].
Постановка задачи. Система вывесок должна обеспечивать обезвешивание составных элементов крыла БС, с учетом положения центров масс, на всей траектории раскрытия МУБС в рабочее положение.
МУБС предназначены для перевода панелей с фотопреобразователями (ФП) из транспортировочного положения в рабочее, для приведения спутника в рабочую конфигурацию на орбите [4].
Конструкция БС состоит из следующих элементов: штанга, рама и панели с ФП, соединённые между собой шарнирными узлами (ШУ).
Логика раскрытия штанги и панелей крыла БС с 1 по 5 этапы показаны на рис. 1.
Выводы. Используя наработки в области существующих систем для имитации невесомости необходимо:
- обеспечить раскрытие БС с боковыми панелями в конструкции на специализированном стенде состоящего из силового каркаса (портал) и комплекта следящего оборудования;
- система вывесок должна быть пригодна к использованию для раскрытия крыла БС, как с системой синхронизации, так и без нее;
- система вывесок должна исключить влияние весовой составляющей звеньев БС на срабатывание ШУ БС, для обеспечения раскрытия с моментом силы на ШУ корневом - 11,5 кгс-см, и на пружине -2,3 Н-м.
Решетневскуе чтения. 2018
Рис. 2. Общий вид системы вывесок в составе специализированного стенда для раскрытия панелей БС в условиях гравитации Земли
Анализ. В результате проведенного анализа существующих систем (стоечного типа) для механических испытаний панелей БС, были выявлены следующие недостатки:
- невозможность проводить испытания на панелях БС с устройством синхронизации и состоящим более чем из 3-х панелей;
- большая масса поворотных балок (т = 5.. .10 кг);
- высокий момент сопротивления раскрытию, от собственного момента инерции балок, и как следствие трудоемкость проведения работ по раскрытию;
- невозможность раскрытия боковых панелей.
Следует отметить, что выявленные недостатки
относятся к системам со ступенчатой логикой рас-
крытия и системам с возможностью продольно-поперечного перемещения точки подвеса. Так же существуют системы, в которых применен метод обезвешивания панелей БС с помощью воздушных (гелиевых) шаров [3; 5]. Данный метод возможен и достаточно удобен при обезвешивании элементов КА простой конфигурации и малых масс, но, не универсален и трудоемок при обезвешивании крыла БС.
Устройство системы вывесок в составе специализированного стенда. В состав специализированного стенда с системой вывесок (рис. 2) входит оборудование для отслеживания перемещения центра масс и имитации невесомости крыла БС, которое представляет собой линейку П-образных кронштейнов, на ко-
торых закрепляются продольные направляющие посредством крепежных элементов, позволяющих обеспечить параллельность, прямолинейность и горизонтальность направляющих. Продольные направляющие монтируются в четырех горизонтальных плоскостях (ярусах) попарно, кроме верхней направляющей, смонтированной по центру линейки п-образных кронштейнов.
По двум направляющим на каждом ярусе перемещаются в продольном направлении по 4 каретки, кроме верхнего яруса, где каретка имеет другую конструкцию и перемещается по одной направляющей. На каждой из кареток, кроме верхних, имеется поперечная направляющая и перемещающаяся по ней каретка, конструкция которой аналогична конструкции верхних кареток.
К кареткам закрепляется система вывесок, в состав которой входят траверсы, талрепы, пакеты пружин и беспроводные датчики силы, с помощью которых обеспечивается имитация невесомости элементов крыла БС, регулировка и контроль положения БС.
Каретки, к которым крепится система вывесок, определяются в зависимости от количества элементов крыла БС, порядка и траектории их раскрытия.
Запасы безопасности определяются по формуле [5; 6]
( \ л \
ц =
м
V СТ,
-1
100%,
где [ст] - допускаемое значение напряжений; стр - вычисленное значение напряжений, при прикладывании расчетных значений нагрузок.
Запас безопасности должен быть более следующих величин:
- 10 % по пределу текучести;
- 25 % по пределу прочности;
- 100 % от потери устойчивости в упругой области.
Для элементов конструкций, выполненных из композиционных материалов, запас безопасности определяется по разрушению первой пряди.
Заключение. Предложенная система вывесок позволяет:
- контролировать, с помощью датчиков, компенсацию весовой составляющей каждого элемента крыла БС (перевод из транспортировочного в рабочее положение) на всех этапах, в нормальных условиях, на траектории раскрытия БС КА.
- свести к минимальным значениям влияние весовой составляющей звеньев крыла БС (упругие колебания пружинных подвесов, от перемещения звеньев, на этапе раскрытия) на моменты сил пружинных приводов над силами сопротивления раскрытию
в каждом ШУ не более чем в 2 раза на всем угле раскрытия и не более чем в 3 раза в момент начала движения.
Использование разработанной универсальной системы вывесок позволяет производить работы по раскрытию панелей БС, как с устройством синхронизации, так и без него.
Библиографические ссылки
1. Академик Михаил Федорович Решетнев / А. Г. Козлов [и др.] ; Науч.-произв. об-ние прикл. механики. Железногорск, 2006. 334 с.
2. Суайнерд Г., Старк Д. Разработка систем космических аппаратов : пер. с англ. / под ред. П. Фортес-кью. М. : Альпина Паблишер, 2015. 765 с.
3. Дебда Д. Е., Пятибратов Г. Я. Проблемы создания комбинированных систем компенсации силы тяжести объектов обезвешивания. Новочеркасск : ЮРГТУ, 2000, 32 с. Деп. в ВИНИТИ 16.02.2000, № 396-В00.
4. Графодатский О. С., Исляев Ш. Н. Взаимодействие спутников связи с окружающей средой. Томск : РАСКО, 1933. 208 с.
5. Чеботарев В. Е., Косенко В. Е. Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения. Красноярск, 2011. 487 с.
6. Вентцель Е. С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология. 2-е изд., стереотип. М. : Наука, 1988. 208 с.
References
1. Academician Michael Fedorovich Reshetnev / A. G. Kozlov et al. ; Research-and-production association of applied mechanics. Zheleznogorsk, 2006.
2. Suajnerd G., Stark D. Razrabotka sistem kos-micheskih apparatov: per. s angl. / pod red. P. For-tesk'ju, M. : Al'pina Pablisher, 2015. 765 s.
3. Debda D. E., Pjatibratov G. Ja. Problems of creation of the combined systems of indemnification of a gravity of objects обезвешивания. Novocherkassk : ЮРГТУ, 2000, 32 c. Деп. In ВИНИТИ 16.02.2000, № 396-V00.
4. Grafodatsky O. S., Isljaev S. N. Interaction of communication satellites with environment. Tomsk : RASCO Publ., 1933.
5. Tchebotaryov V. E., Kosenko V. E. Bases of designing of space vehicles of a supply with information. Krasnoyarsk, 2011.
6. Venttsel E. S. Research of operations. Problems, principles, methodology. 2 edition. Moscow, the Science, 1988.
© Баданин Е. И., Лавриненко А. И., 2018
