Устройство удержания и освобождения подвижных элементов конструкции космического аппарата с пониженным ударным воздействием Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 62-238.9

УСТРОЙСТВО УДЕРЖАНИЯ И ОСВОБОЖДЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С ПОНИЖЕННЫМ УДАРНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

В. В. Кузнецов Научный руководитель - С. П. Ереско

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: [email protected]

В настоящее время, в современных космических аппаратах (КА), применяется высокоточное оборудование, чувствительное к ударным воздействиям. В связи с этим возникает необходимость и потребность в создании механических устройств удержания и освобождения подвижных элементов конструкции КА с пониженным ударным воздействием при срабатывании.

Ключевые слова: механические устройства КА, безударность, устройства фиксации.

RESTRAIN AND RELEASE DEVICE THE MOVABLE ELEMENTS OF THE SPACECRAFT STRUCTURE WITH A REDUCED IMPACT FORCE

V. V. Kuznetsov Scientific supervisor - S. P. Eresko

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

Nowadays, in modern spacecraft (SC), used high-precision equipment that could be sensitive to impact. In this regard, there is a need and demand for creation of mechanical restraint and release the movable elements SC design with reduced impact force when triggered.

Keywords: Mechanical devices SC, unstressed, the fixing device.

Основным источником ударных воздействий, в механических устройствах удержания и освобождения подвижных элементов конструкции КА, являются такие элементы как пружины, а точнее элементы конструкции, которые после проворачивания, или выталкивания пружинами ударяются о другие элементы. Помимо ударных воздействий от срабатывания таких устройств, на оборудование КА передается ударное воздействие от срабатывания пиросредств (пирочеки, пироузлы и т. д.) служащих для освобождения тяг, которые удерживают механические устройства от срабатывания. Также такие устройства имеют большое количество деталей и как следствие усложнение конструкции и снижение надежности устройства в целом.

В связи со всем вышеперечисленным предлагается использовать механическое устройство, для удержания подвижных элементов конструкции, которое не содержит пружин, соударяющихся элементов и имеет минимальное количество деталей и простоту конструкции. Для создания такого устройства, необходимо отходить от полностью механических схем, и интегрировать в него активирующий механизм (актуатор) не основанный на пиросредствах.

В настоящее время широко используются устройства следующих типов: рычажные механизмы с пиротехническим активирующим элементом, пиромеханизмы, рычажные механизмы с электрическим активирующим элементом.

Рычажные механизмы представляют собой конструкцию из корпуса, в котором расположены рычаги, обеспечивающие редукцию, находящиеся в зацеплении друг с другом через ролики, используемые также для уменьшения сопротивления от сил трения при срабатывании. Срабатывает механизм за счет пиротехнического активирующего элемента.

Секция «Проектирование машин и робототехника»

Пиромеханизмы основаны на принципе преобразовании энергии газов выделяемых при сгорании пирозаряда в поступательное движение, например перемещения поршня который в дальнейшем перерубает удерживаемый элемент устройства, тем самым инициируя срабатывание.

Рычажные механизмы с электрическим активирующим элементом это по сути своей обычный рычажный механизм, но вместо пиротехнического активирующего элемента используется электрический, не создающий таких больших ударных нагрузок при срабатывании.

Общий недостаток всех вышеперечисленных механизмов заключается в том, что они создают силовые импульсы, распространяющиеся в виде колебательных волн с высокой частотой и амплитудой, что может привести к нарушению в работе высокочувствительного к ударам оборудования.

В связи с этим необходимо уходить от принципа рычажных механизмов и использования для срабатывания пиротехнических активирующих элементов.

Рассмотрим перспективные в этом плане схемы устройств:

- устройства на основе материалов с памятью формы;

- устройства с самоотвинчивающейся гайкой;

- устройства с расплавляемым элементом [1];

- устройства с многоразовыми активирующими элементами на основе гидравлических устройств, в которых качестве рабочего тела используются вещества с низкой температурой плавления [2; 3].

Результаты сравнительного анализа перспективных типов устройств по ряду критериев представлены в таблице.

Результаты сравнительного анализа перспективных типов устройств

Энер-гопот-ребле-ние Масса, кг Сложность в эксплуатации (необходимость в дополнительном оборудовании) Время срабатывания Другие критерии

Устройства на основе материалов с памятью формы 5 А 0,5 Необходимость в деформации инициирующего элемента после срабатываниая. Защита от термических воздействий до срабатывания устройства. От 10 до 360 сек в зависимости от объема нитинола Ход инициирующего устройства ограничивается перемещением даваемым нитинолом в его конструкции

Устройства с самоотвинчивающейся гайкой 5 А 0,250,3 Необходимость в замене разрушаемого элемента инициирующего устройства 0,1-0,5 с Способно нести большие нагрузки, имея при этом сравнительно небольшие габариты в виду возможности использовать простейшие инициирующие устройства и отсутствия в необходимости большой степени редукции

Устройства с многоразовыми активирующими элементами на основе гидравлических поршней в качестве рабочего тела которого используются вещества с низкой температурой плавления 5 А 0,4 Не требует дополнительных операций и оборудования для повторных работ с устройством 60 с Необходимость в использовании высокогерметичных соединений в виду глубокого вакуума открытого космического пространства

Устройства с переплавляемым элементом 5 А 0,3 Не требует дополнительных операций и оборудования для повторных работ с устройством Не менее 30 с При повышении нагрузки в стыке требует более мощный электромагнит что существенно увеличивает вес устройства. Оказывает намагничивающее действие на окружающие элементы конструкции КА, требует дополнительной защиты. Притягивает большое количество пыли

Проанализировав перспективные виды устройств удержания, можно сделать вывод, что: в виду ограниченности энергоресурсов на КА до раскрытия панелей БС и актуальности развития малых КА массой до 100 кг, имеющих еще более скромные энергетические характеристики и габариты, предпочтение необходимо отдавать менее энергозатратным устройствам и более компактным, таким как устройствам на основе самоотвинчивающейся гайки. Примеры разработки подобных типов устройств приведены в работах [4-7].

Библиографические ссылки

1. Cremers J., Gooijer E., Kester G. Multipurpose hold down and release mechanism (mhrm). Fokker Space. The Netherlands.

2. Wincentsen J. Heritage adoption lessons learned, active mirror telescopecover deployment and latch mechanism. Hexcel Corporation, 2005, March [Electronic resourse]. URL: http://www.esmats.eu/ amspapers/pastpapers/pdfs/ 2006/wincentsen.pdf (date of visit: 07.04.2015).

3. Honnen K. Launch locking device for the seviri scan assembly. Daimler Chrysler Aerospace, Dornier Satelliten systeme [Electronic resourse]. URL: http://www.eumetsat.int/website/wcm/idc/ groups/ops/documents/document/mday/mde1/~edisp/pdf_ten_msg_seviri_instrument.pdf (date of visit: 07.04.2015).

4. Кузнецов В. В., Ереско С. П. Устройство удержания и освобождения подвижных элементов конструкции космического аппарата с пониженным ударным воздействием // Инновации в авиации и космонавтике : материалы Всерос. науч.-практ. конф. М. : Изд-во МАИ, 2014. С. 82-83.

5. Кузнецов В. В., Ереско С. П. Методика проектирования гибких шарнирных узлов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы IX Всерос. науч.-практ. конф. Т. 1. Технические науки. Информационные технологии / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. С. 153-154.

6. Кузнецов В. В., Байбородов А. А. Гибкий шарнир // Решетневские чтения : материалы XVII Междунар. конф. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. С. 79-81.

7. Кузнецов В. В., Ереско С. П. Совершенствование устройств удержания и освобождения подвижных элементов конструкции космических аппаратов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы X Всерос. науч.-практ. конф. Т. 1. Технические науки. Информационные технологии / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. С. 147-148.

© Кузнецов В. В., 2015