CC BY
10Решетневскце чтения
УДК 629.7.054.847
А. А. Васильцов, И. С. Костарев, В. С. Дмитриев, Г. Н. Гладышев ОАО «Научно-производственный центр «Полюс», Россия, Томск
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ НА ДИНАМИКУ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ-МАХОВИКА
Рассмотрено влияние технологических погрешностей электродвигателя-маховика на уровень возникающих в его конструкции нежелательных вибраций, напряжений, перемещений при эксплуатации. Предложен способ оценки технологических погрешностей на этапе проектирования электродвигателя-маховика.
Развитие космической отрасли приводит к ужесточению требований, предъявляемых к космическим аппаратам (КА), в частности к стабильности работы систем ориентации и навигации на базе электродвигателя-маховика (см. рисунок).
Электродвигатель-маховик:
1 - подшипниковая опора; 2 - ротор-маховик; 3 - корпус;
4 - электродвигатель
Одна из проблем, требующих решения, - это наличие нежелательных вибраций, напряжения, перемещения при наземной и штатной эксплуатации прибора. Источниками таких возмущений в электродвигателе-маховике являются технологические погрешности изготовления и монтажа его опор, моменты остаточной неуравновешенности вращающихся частей, вызванные неоднородностью материала деталей ротора, неточности его изготовления и сборки в целом, а также пульсации питающего напряжения электродвигателя.
К числу основных возмущений, действующих на КА, относятся вибрации, возникающие в шарикоподшипниковой опоре двигателя-маховика при вращении ротора-маховика. Даже при тщательном изготовлении ротора-маховика его центр масс не совпадает с расчетным геометрическим центром, а ось вращения -с главной осью инерции, что приводит к статическому и динамическому дисбалансу.
Один из способов учета таких возмущений на стадии проектирования электродвигателя-маховика это компьютерное моделирование, которое позволяет выявить и по возможности уменьшить возникающие в конструкции нежелательные вибрации, напряжения, перемещения при эксплуатации прибора.
Для более точного моделирования предложен метод, учитывающий такие особенности конструкции, как дисбаланс, скорость вращения и ускорение маховика, зазоры в шарикоподшипниках. Это значительно усложняет процесс моделирования, но позволяет более точно приблизиться к действительным результатам.
Исследование электродвигателя-маховика с помощью компьютерного моделирования включает в себя следующие этапы:
- создание 3Б-модели;
- введение в модель свойств материалов каждой детали модели;
- определение способов закрепления и видов нагрузок;
- модальный анализ конструкции;
- анализ результатов моделирования конструкции при синусоидальных, случайных и ударных нагрузках.
Сложности здесь возникают уже на первом этапе. Они связаны с особенностями построения 3Б-модели, которая должна максимально отражать все возможные особенности конструкции, в том числе влияющие на вибрационные характеристики прибора.
Каждая деталь модели создается на основе конструкторской документации с учетом допусков, варьируя которые, конструктор должен подобрать вариант, обладающий наиболее низкой резонансной частотой или наименьшим запасом прочности.
Особое внимание необходимо уделять созданию 3Б-модели маховика. Помимо наихудшего сочетания допусков, здесь следует учитывать значение дисбаланса, которое закладывается в конструкторской документации.
Большое влияние на вибрационные характеристики 3Б-модели электродвигателя-маховика оказывает модель подшипника. Недостатком моделей подшипников существующего на сегодняшний день программного обеспечения является идеальная геометрия. Вследствие этого использование ее предполагает необходимость вносить в такую геометрию дополнительные дефекты.
Исходя из указанных замечаний в НПЦ «Полюс» создана 3Б-модель маховика с закреплением на подшипниках. Проведен модальный анализ идеализированной модели и усовершенствованной с учетом дисбаланса, наихудшего сочетания допусков, уточненной модели подшипника и максимальной скорости вращающегося маховика.
Результаты анализа (см. таблицу) показывают, что усовершенствованная модель обладает меньшей первой резонансной частотой, что соответствует возможному худшему варианту вибрационных характеристик реального маховика, закрепленного на подшипниках.
Таким образом, используя модель электродвигателя-маховика, учитывающую отклонения по допускам для каждой детали, дисбаланс, соответствующее значение степеней свободы (например, возможность вращаться), дефекты в конструкции моделей подшип-
"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
ников, можно установить возможное наихудшее значение резонансных частот и, проведя на ее основе механический анализ при синусоидальной, случайной и ударной нагрузках, определить критические значения запаса прочности.
Результаты мо
Такой подход позволяет выявить самые слабые места конструкции и доработать ее еще на этапе разработки. Тем самым гарантируется, что прибор выдержит все механические нагрузки при эксплуатации.
Таблица
тьного анализа
Тип модели Частота, Гц, по модам
1 2 3 4
Идеализированная модель 96,834 96,857 164,89 411,66
Усовершенствованная модель 86,891 88,482 171,81 423,12
A. A. Vasilcov, I. C. Kostarev, V. S. Dmitriev, G. N. Gladyshev OJSC «Scientific-Production Center «Polus», Russia, Tomsk
TECHNOLOGICAL ERRORS IMPACT ON DYNAMICS OF THE ELECTRIC MOTOR-FLYWHEEL
The influence of technological errors of the electric motor-flywheel on the level of undesirable vibrations arising in its design, pressure, moving is considered at its operation. The way to estimate technological errors at a design stage of the electric motor of a flywheel is offered.
© Васильцов А. А., Костарев И. С., Дмитриев В. С., Гладышев Г. Н., 2012
УДК 681.7:004.9
А. Г. Верхогляд, П. С. Завьялов, С. Н. Макаров, Ю. В. Чугуй Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Новосибирск
В. М. Михалкин, В. И. Халиманович ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ И ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ КТИ НП ДЛЯ КОНТРОЛЯ И ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ОАО «ИНФОРМАЦИОННЫЕ СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ» ИМЕНИ АКАДЕМИКА М. Ф. РЕШЕТНЕВА»
Рассмотрен метод формирования профиля антенны, при котором испаряемый за один лазерный импульс элемент поверхности имеет размеры в десятки или даже сотни раз меньше размеров минимального элемента формируемой топологии. Технология формирования минимального элемента топологии заключается в том, что происходит его оконтуривание, а затем испарение внутренней части. Перемещение лазерного пятна при этом производится с помощью прецизионного быстродействующего сканера. Для контроля геометрии формируемых изделий предлагается использовать лазерный интерференционный дальномер с уникальной совокупностью характеристик, разработанного в КТИ НП. Для решения задачи измерения деформаций узлов и деталей космических аппаратов при значительных перепадах температур (до криогенных) в сообщении рассматривается использование бесконтактных оптико-электронных систем типа 3D-PulsESPI Q-600 фирмы Dantec Dynamics или PulsESPI системы фирмы Steinbichler Optotechnik GmbH.
Развитие систем связи, космической техники требует разработки технологии создания и контроля большеразмерных (диаметром в несколько метров) прочных и легких (масса не более нескольких килограмм) антенн с заданными диаграммой направленности и поляризационными свойствами. Одной из наиболее перспективных технологий синтеза таких антенн является технология нанесения на заранее сформированную из углепластика поверхность (ее форма может быть достаточно сложной) тонкой металлической пленки с последующим удалением части пленки в соответствии с заранее рассчитанной конфигураци-
ей. Эта технология требует прецизионной аппаратуры для позиционирования исполнительного элемента. Так, для антенн миллиметрового диапазона сформированная топология должна отличаться от расчетной не более чем на несколько десятков микрон по всему полю антенны, а при удалении пленки должно обеспечиваться хорошее сцепление между пленкой и поверхностью на оставшихся после удаления участках. Эти требования удовлетворяются при использовании многокоординатного лазерного технологического комплекса (ЛТК), оснащенного мощным импульсным лазером [1; 2]. В этом случае возможны два различ-
