Влияние неточностей сборки КА на погрешность выставки блоков коррекции в центр масс Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.78.051.062.2

ВЛИЯНИЕ НЕТОЧНОСТЕЙ СБОРКИ КА НА ПОГРЕШНОСТЬ ВЫСТАВКИ БЛОКОВ КОРРЕКЦИИ В ЦЕНТР МАСС

М. В. Поляков1, А. К. Шатров2

1АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева»

Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

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

E-mail: 1polyakov@iss-reshetnev.ru

Работы по установке блоков коррекции на КА являются важным этапом в его производственном цикле. От точности выставки вектора тяги в центр масс зависит дальнейшая работа КА на орбите. Недостаточно точная выставка блоков приводит к перерасходу топлива, а также возникают возмущающие моменты.

Ключевые слова: блок коррекции, вектор тяги, центр масс.

INFLUENCE INACCURACIES OF ASSEMBLY ON INSTALLATION CORRECTION PROPULSION IN TO THE CENTRE OF MASS

M. V. Polyakov1, А. K. Shatrov2

1JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information satellite systems" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation

2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: 1polyakov@iss-reshetnev.ru

Installation correction blocks on the spacecraft are important stage in its production cycle. The further work spacecraft in orbit depends on arrangement of the thrust vector in to the center of mass. Not accurately installed blocks will leads to excessive fuel consumption and having disturbing torque.

Keywords: propulsion block, thrust vector, center of mass.

Введение

В конструкции рассматриваемых космических аппаратов (КА) координаты центра масс (ЦМ) изделия определены в опорной системе координат связанной с плоскостью размещения устройства отделения входящего в модуль служебных систем (МСС). Блоки коррекции (БК) устанавливаются на посадочную поверхность на панелях радиаторах модуля полезной нагрузки (МПН). При интеграции МПН с МСС, а также при сборке отдельных модулей могут возникать взаимные неточности расположения деталей (2 тела имеют 6 степеней свободы взаимного расположения). Это может приводить к увеличению отклонения вектора тяги блока коррекции от ЦМ, а следовательно, к увеличению возмущающих моментов и перерасходу рабочего тела. Для решения этой проблемы, после изготовления аппарата производится измерение реального положения посадочного места относительно опорной системы координат и расчет смещений относительно номинала [1].

Как правило, учитывая количество двигателей, их назначение и влияние на другие элементы КА при проектировании принимается решение расположить БК под углами к опорным плоскостям. Общая схема выставки одного из БК (рис. 1, а), внешний вид на кронштейне с блоком управления расходом (БУР) (рис. 1, б) и посадочное место на поверхности КА (рис. 1, в) приведены на рис. 1 [2].

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

а б в

Рис. 1. Размещение БК на КА: а - схема; б - БК; в - посадочное место на корпусе

Математическая модель

Практический опыт изготовления КА показывает, что при малых углах отклонений и линейных смещений, уравнения для определения координат выставки двигателя на посадочной плоскости могут быть приведены к линейному виду (см. рис. 1, а). Оценка погрешности выставки вектора тяги в ц. м. определялась по 3Б-модели в системе автоматизированного проектирования (САПР) и аналитическим расчетом с использованием тригонометрических формул. По результатам был построен график зависимости минимального расстояния между линией вектора тяги и центром масс от смещения посадочного места блока:

Расстояние между вектором тяги и ц. м., мм

л. ,1 J 1 1 1 - Дф -

5

-о 6-

4 -Л 6-

* -ДФ V!

V /

V и -1 1-

N Д Ф г1

-0 7-

4.1,0-=

Расстояние между вектором тяги и ц. м., мм

■

- 0Л Д ^ , Д

\ —

Ф

0,6

0/

0,2 1

0,0-"

-3,5 -2,5 -1,5 -0,5 0,5 1,5 2,5 3,5

-2,5 -1,5 -0,5 0,5 1,5 2,5

а б

Рис. 2. График влияния угловых (а) и линейных (б) погрешностей сборки на отклонение вектора тяги от номинального положения

Эти зависимости могут быть представлены в виде системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) или в матричном виде [3]:

А11 А12 А13 А14 А15 А16 1 чА21 А22 А23 А24 А25 А26У

Г АХ1

А¥1 А2Х

ДФх1 ДФу1 V ДФг1 у

Г X1

В данной формуле наклон поверхности установки каждого блока коррекции относительно базовой плоскости вокруг оси ОХ обозначен как Лфх1, ..., Лфхп, аналогично и для осей ОУ и 02. Смещение посадочных отверстий по каждой из осей: ЛХ15 ..., ЬХп и т. д. Соответственно рассчитываемые параметры - Хп, Уп для п-го блока.

Результаты

В процессе оценки влияния всех возможных отклонений на установку блоков коррекции были определены коэффициенты влияния отклонений посадочного места на расстояние между вектором тяги и центром масс. Это расстояние оценивалось теоретически (решением стереометрических тригонометрических задач) и моделированием в САПР САТ1А. В таблице приведены коэффициенты (матрица А) для расчета всех перемещений блоков коррекции относительно базового положения вида (рис. 1, а).

Коэффициенты влияния линейных и угловых отклонений на размеры смещения блоков от номинального положения для блока с а = 12°, в = 16° и с = 912 мм

АХо AYo AZo Афх АФг Афг

1,0 (100 %) 0,0 (0 %) -0,287 (29 %) 0,017 (2 %) -0,287 (28 %) 0,059 (6 %)

Yl 0,0 (0 %) 1,0 (100 %) 0,221 (22 %) -0,278 (28 %) 0,017 (2 %) 0,076 (8 %)

По результатам анализа коэффициентов влияния можно сделать вывод, что не все параметры отклонения посадочной плоскости критически влияют на конечный результат, следовательно, некоторыми из них можно пренебречь, чтобы не усложнять расчеты и не измерять эти параметры. Выполнена оценка влияния отклонения коэффициентов на величину равную минимальному расстоянию от центра масс до вектора тяги, определены наиболее значимые коэффициенты, а также требуемая точность вычислений для достижения параметров определенных в техническом задании.

Библиографические ссылки

1. Чеботарев В. Е. Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения ; Сиб. гос. аэрокосмический ун-т. Красноярск, 2011. С. 253-299.

2. Turner M. Rocket and Spacecraft Propulsion. Department of Physics and Astronomy University of Leicester, Leicester UK, 2009. P. 165-217.

3. Беклемишев Д. В. Курс аналитической геометрии и линейной алгебры : учебник для вузов. М. : Наука, 1987. С. 136-187.

© Поляков М. В., Шатров А. К., 2016