Универсальная вибрационная система для испытаний спутников связи Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Проектирование и производство летательны.хаппаратов, космические исследования и проекты

Установлено, что дополнительные затраты характеристической скорости при реализации модифицированных программ управления составляют около 3 %, что несильно ухудшает проектные параметры МТА.

Вектор основных проектных параметров, задающих проектный облик МТА, содержит мощность энергоустановки, уровень тяги маршевых ЭРД и скорость истечения рабочего тела. Стартовая масса МТА представляется как сумма масс основных систем. При оптимизации проектных параметров установлено, что компромиссным временем перелета на ГСО с возвращением является 250-300 суток, при котором для

МТА со стартовой массой 7 т полезная нагрузка составляет 2,5-3 т.

По результатам оптимизации проектно-баллисти-ческих параметров формируется проектный облик МТА.

Библиографические ссылки

1. Новости космонавтики. 2009. Т. 19, №12. С. 40.

2. Салмин В. В., Ишков С. А., Старинова О. Л. Методы решения вариационных задач механики космического полета с малой тягой. Самара : Изд-во Са-мар. научн. центра РАН, 2006.

V. V. Salmin, A. S. Chetverikov Samara State Airspace University named after academician S. P. Korolev (National Research University), Russia, Samara

SELECTION OF OPTIMAL DESIGNED AND BALLISTIC PARAMETERS OF MULTIPLE-USE INTERORBITAL VEHICLE WITH PROPULSION INSTALLATION OF MICROTHRUST

The solution of a problem of optimization of design and ballistic parameters of the multiple-use interorbital vehicle with propulsion installation of microthrust, while flying from a low orbit into the removed orbit, which is accepted as the geostationary orbit, is shown.

© Салмин В. В., Четвериков А. С., 2010

УДК 629.78.08

Л. А. Семенова, К. Е. Лысенко

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

УНИВЕРСАЛЬНАЯ ВИБРАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СПУТНИКОВ СВЯЗИ

Представлена методика выбора универсальной вибрационной системы для динамических испытаний спутников связи на примере схемы «тандем». Определены параметры такой системы и даны рекомендации по ее применению.

Проектирование, создание новых или модернизация космических аппаратов (КА), их вывод на орбиту и успешное функционирование обеспечивается наземной отработкой изделий. Для этого осуществляется комплекс испытаний - наземная экспериментальная отработка (НЭО) [1]. Одна из целей НЭО - отработка параметров конструкции на опытных образцах и проверка ее работоспособности - достигается при динамических испытаниях на имитационных моделях.

Спутники связи на геостационарную орбиту выводят на ракетах-носителях (РН) типа «Протон». Количество и масса выводимых спутников влияет на их компоновку под головным обтекателем (ГО) РН. Поэтому изменяемыми элементами в составе космического комплекса являются и КА, и их компоновки с разгонным блоком. В условиях жесткой конкуренции на рынке пусковых услуг снижение затрат на изготовление и проведение динамических испытаний КА является залогом успешного функционирования предприятия, представляющего такие услуги. Уни-

версальная вибрационная система обеспечивает качество этих услуг: по режимам испытаний; параметрам полезной нагрузки; снижению себестоимости изделий в результате ее длительной эксплуатации. Параметры вибрационной системы определяются режимами динамических испытаний (синусоидальной вибрацией; синусоидальной вибрацией со скользящей частотой; случайной вибрацией широкополосной и узкополосной; синусоидальной вибрацией, наложенной на случайную; ударным спектром). При превышении предельных параметров можно ожидать сокращение ресурса вибрационной системы.

На предприятиях, изготавливающих спутники связи, испытания проводятся на имитационных динамических моделях с учетом компоновки спутников на разгонном блоке РН. Одной из применяемых компоновок КА связи под головным обтекателем РН является схема «тандем», т. е. последовательное соединение двух и более спутников.

Решетневские чтения

Для нахождения эксплуатационных параметров вибрационной системы определим необходимое усилие вибростенда для динамических испытаний двух спутников схемы «тандем» (см. рисунок). Для этого рассмотрим уравнение движения системы:

m1x1 + с1х1 -c2(x2 -х1) + б1(Х -Х2) = Р^т (ш?),

m2Х2 + с2(х2 - х1) - с3(х3 - х2) - б1(Х1 - Х2) + б2(Х2 - Х3) = 0, >

т3Х3 + с3(х3 - Х2) - б2(Х2 - Х3) = 0,

где Р0 - амплитуда силы Р; а1 и а2 - соответственно, коэффициенты демпфирования первой и второй модели; ю - частота вынуждающей силы; ? - время испытаний.

F

Схема испытаний: т1 - масса оснастки вибростенда; т2 и т3 - соответственно массы первой и второй динамической модели; с1 - жесткость упругих элементов оснастки вибростенда; с2 и с3 - жесткости упругих элементов, соответственно, первой и второй моделей;

Р - усилие вибростенда; х1 - перемещение первой массы; х2 и х3 - перемещения масс моделей

При решении задачи примем следующие допуски: а) массы упругих элементов (пружин) считаем безынерционными; б) механическая система имеет устойчивое положение равновесия, центры тяжести объектов испытаний и оснастки размешаются на продольной

оси арматуры (это позволит не учитывать опрокиды -вающий момент); в) боковым перемещением масс пренебрегаем.

Решение задачи: а) примем, что xi = ai sin (со/) + + bi cos (rat), i = 1...3; б) подставим xi в рассмотренную систему; в) найдем в прикладном математическом пакете Maple 13 коэффициенты ai и bi; г) определим перемещения xi. Так как аналитическое решение в компактном виде получить невозможно, то зададимся массами спутников m2 и m3 и оснастки m1 вибрационного стола, жесткостями с1, с2 и с3, коэффициентами демпфирования а1 и а2 и вычислим зависимость силы F от частоты ю для фиксированного момента времени в численном и графическом виде.

Режимы испытаний спутников известны [2] и определяются условиями заказчика. По предложенной методике найдены параметры универсальной вибрационной системы: а) вибростенд - электродинамический с толкающей силой вибраторов не менее 230 000 Н, с частотным диапазоном не менее 3 000 Гц и с поворотом стола в вертикальное и горизонтальное положение; б) многоканальное управление с усреднением управляющего сигнала; в) системы обезвешивания (встроенная или внешняя), охлаждения, автоматической балансировки для гарантированного поддержания арматуры вибростенда в центральном положении при снятии/добавлении нагрузки на стол вибростенда.

Данная универсальная вибросистема может использоваться: а) для испытаний крупногабаритных образцов с габаритами, превышающими размеры стандартного стола вибростенда, при оснащении системы специальными платформами (например, на пневмоподшипниках), а также расширительными элементами для предотвращения биений на концах образца, которые могут привести к выходу возбудителя из строя; б) при других схемах компоновки спутников под ГО (например, системы ГЛОНАСС).

Библиографические ссылки

1. Технология производства космических аппаратов : учебник для вузов / Н. А. Тестоедов [и др.] ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2009.

2. Виброиспытания космических аппаратов / Б. П. Соустин [и др.]. Новосибирск : Наука, 2000.

L. A. Semenova, К. Ye. Lysenko Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

UNIVERSAL VIBRATORY SYSTEM FOR COMMUNICATION SATELLITES TESTING

The choice method of universal vibratory system for dynamic testing of communication satellites using the Tandem scheme example is offered. The system parameters are detected and recommendations for its application are given.

© Семенова Л. А., Лысенко К. Е., 2010