CC BY
41<Тешетневс^ие чтения. 2016
УДК 629.78.018.4:620.172/178.2:678:621.378
ВЫБОР РЕПЕРНЫХ ЗНАКОВ ДЛЯ ТЕРМОВАКУУМНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ РЕФЛЕКТОРОВ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
А. П. Антоненко, Г. В. Двирный, Д. В. Усачёв, Д. В. Чураков, Е. А. Байбородова
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: antonenkoap86@mail.ru
Рассмотрен номенклатурный ряд реперных знаков (уголковых отражателей - меток), изготавливаемых зарубежными и российскими фирмами. Обоснован выбор меток.
Ключевые слова: термовакуумные измерения, лазерный трекер, реперные знаки, крупногабаритные трансформируемые конструкции.
SELECTION OF ALIGNMENT MARKS FOR THERMAL-VACUUM MEASUREMENTS OF SATELLITE SOLID REFLECTOR SURFACES
A. P. Antonenko, G. V. Dvirnyy, D. V. Usachev, D. V. Churakov, E. A. Bayborodova
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: antonenkoap86@mail.ru
This paper reviews the alignment marks variety available for purchase and provides justification for marks choice.
Keywords: thermal-vacuum measurements, laser tracker, alignment marks, large transformable structures.
Реперные знаки, так называемые уголковые отражатели, или метки, предназначены для бесконтактного измерения геометрических параметров изделий, в том числе крупногабаритных трансформируемых конструкций космических аппаратов [1].
В мире существует несколько производителей сферических меток (Spherical Mounted Retroreflector, или SMR) (рис. 1). Это фирмы API, Leica и другие. Производители сферических меток изготавливают стальные корпуса (сферы) и производят сборку -вклеивают вкладыши-отражатели в сферы.
Стандартные отражатели фирмы API (США), с которыми работает лазерный трекер API Tracker 3, представляют собой трехгранную призму, запрессованную в металлическую сферу.
При этом центр призмы совпадает с центром сферы с погрешностью, приведённой ниже (см. таблицу).
Сферы имеют стандартный диаметр 1,5" и 0,5" [2]. Отклонение от сферы не превышает 5 мкр.
Трехгранные призмы бывают полого (из алюминия с золотым напылением) и цельного (из стекла с просветляющим покрытием) исполнения.
а б в
Рис. 1. Сферические метки SMR фирмы API (США): а - SMR 1,5" высокоточная (призма из алюминия); б - SMR 1,5" стандартная (призма из алюминия); в - SMR 1,5" и 0,5" (призма из стекла)
Погрешность центрирования трехгранных призм
Обозначение Диаметр, дюймы Погрешность центрирования, мм
Полая SMR 1,5" 40 м высокоточная 1,5" 0,002
Полая SMR 1,5" 40 м стандартная 1,5" 0,012
Полая SMR 0,5" 40 м 0,5" 0,012
Стеклянная 1,5" 40 м 1,5" 0,025
Стеклянная 1,5" 60 м 1,5" 0,025
Стеклянная 0,5" 40 м 0,5" 0,025
проектирование и производство летательных, аппаратов, космические исследования и проекты
В номенклатуре изделий, изготавливаемых фирмой API, есть также алюминиевые трехгранные призмы, показанные на рис. 2, устанавливаемые в сферу диаметром 0,875".
Существуют ещё стеклянные призмы с просветляющим покрытием в алюминиевом корпусе, показанные на рис. 3.
Диаметр алюминиевой сферы 0,5 дюйма. Требований к центрированию призмы относительно центра сферы не предъявляется.
Рис. 2. Трехгранная призма (вкладыш) к SMR 0,875"
Рис. 3. Трехгранные призмы в алюминиевом корпусе
Также есть в продаже SMR в виде стальной сферы с вы фрезерованными внутри гранями, образующими трехгранную призму.
В распоряжении АО «ИСС» имеются стеклянные трехгранные призмы, расположенные в цилиндрическом корпусе из инвара (разработка ООО «Лазерные системы», г. Новосибирск).
Для контроля геометрии поверхностей крупногабаритных конструкций необходимо на объекте испытаний разместить значительное количество реперных знаков - меток.
Например, на рефлекторе диаметром 2 м количество меток должно быть более 50 шт., что ограничивает их массу до 3-4 граммов. Поэтому применение
трехгранных призм в стальных сферах не представляется возможным так как масса SMR 1,5" - 170 г, SMR 0,5" - 7 г. Однако можно применять сами трехгранные призмы-вкладыши без сфер [3-4].
Из всего перечня существующих трехгранных призм в рассмотрение попадают: алюминиевые вкладыши (0,5", 0,875" и 1,5"), стеклянные вкладыши (0,5") и стеклянные трехгранные призмы разработки ООО «Лазерные системы».
В прайс-листах на трехгранные призмы есть рекомендации о применении полых (алюминиевых) - для точных измерений, а стеклянных - для измерений на больших дистанциях.
Опыт применения стеклянных трехгранных призм в АО «ИСС» в процессе определения термовакуумных деформаций показал, что результаты измерений, получаемые по стеклянным меткам, неоднозначны и погрешность их измерения в 1,5 раза выше, чем у алюминиевых [5].
Алюминиевый вкладыш, вписанный в сферу 1,5", имеет массу 20 г. Этот факт делает его использование в испытаниях невозможным так как размещение хотя бы 50 таких меток на объекте приводит к появлению распределённой нагрузки в 1 кг.
Оставшиеся в рассмотрении вкладыши 0,5" и 0,875" имеют приемлемую массу и изготовлены в форме цилиндра, с одного торца которого расположен уголковый отражатель (рис. 2).
Вкладыш от SMR 0,5" имеет диаметр 8 мм, и луч трекера на рабочей дистанции 2 м имеет диаметр 8 мм. Поэтому при расположении вкладыша наилучшим образом к трекеру интенсивность возвращённого сигнала не превышает 60 %. А интенсивность напрямую связана с точностью измерений. Ввиду маленького диаметра вкладыша необходимо использовать дополнительные приспособления, которые ориентировали бы его на трекер, без этой меры трекер просто не сможет провести измерение вкладыша. В перспективе предполагается испытывать конструкции, сборки, имеющие большие габариты, соответственно, они будут расположены на больших рабочих дистанциях относительно трекера, что ухудшит показания интенсивности при измерении меток и негативно повлияет на результаты измерений.
Вкладыш от SMR 0,875" имеет диаметр 12,7 мм и даже при больших углах наклона относительно трекера интенсивность возвращённого сигнала составляет 100 %. Удобен в эксплуатации.
При термовакуумных испытаниях существует фактор, уменьшающий срок службы трехгранных призм: во время создания режима нагрева в вакууме из углепластиковых конструкций и защитного покрытия криоэкрана камеры выделяются газообразные вещества, оседающие на оптических поверхностях меток, которые постепенно приходят в негодность.
Существует ряд мер, способствующих снижению влияния гажения:
- заливка азота в криоэкраны при создании режима нагрева;
Решетневс^ие чтения. 201б
- установка защитного экранирования, призванного изолировать источники излучения (локальные нагреватели) от внутреннего объёма камеры.
Но, несмотря на принимаемые контрмеры, срок службы одной метки составляет 5-7 испытаний.
Опыт использования различных вкладышей позволяет нам прийти к выводу о том, что самым оптимальным вариантом является использование вкладышей SMR 0,85.
Библиографические ссылки
1. Двирный Г. В. Методы высокоточных измерений прецизионных конструкций мобильных автоматических космических аппаратов в термовакуумных условиях // Вестник СибГАУ. 2011. Вып. 2. С. 38-43.
2. Сферические отражатели компании API, США [Электронный ресурс]. URL: www.apisensor.com/ products/accessories/smrs (дата обращения: 22.09.2016).
3. Особенности отработки крупногабаритных трансформируемых конструкций // Научно-техническая конференция молодых специалистов ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» : материалы конф. Же-лезногорск, 2008. С. 69-70.
4. Определение величины температурных деформаций размеростабильных рефлекторов / Н. А. Тес-тоедов, Г. В. Двирный, М. Ю. Пермяков // Вестник СибГАУ. 2011. Вып. 2. С. 67-71.
5. Определение погрешности при высокоточных измерениях прецизионных размеростабильных угле-пластиковых конструкций космических аппаратов в термовакуумных условиях / В. М. Михалкин [и др.] //
Иccлeдoвaния в oблacти opyжия и cиcтeм вoopyжe-ния, aвиa- и paкeтocтpoeния, кocмичecкиx лeтaтeль-ньк aппapaтoв : c6. тpyдoв. C^. : Бaлтийcкий roc. тexнич. ун-т, 2011. C. 97-103.
References
1. Dvirniy G. V. Metody vysokotochnyh izmerenij precizionnyh konstrukcij mobil'nyh avtomaticheskih kosmicheskih apparatov v termovakuumnyh uslovijah // Vestnik SibGAU. 2011. Iss. 2. P. 38-43.
2. Sfericheskie otrazhateli kompanii API, SShA [Jelektronnyj resurs]. URL: www.apisensor.com/ products/accessories/smrs (data obrashhenija: 22.09.2016).
3. Osobennosti otrabotki krupnogabaritnyh transformiruemyh konstrukcij // Nauchno-tehnicheskaja konferencija molodyh specialistov OAO «Informacionnye sputnikovye sistemy» imeni akademika M. F. Reshetneva»: Materialy konf. Zheleznogorsk, 2008. S. 69-70.
4. Opredelenie velichiny temperaturnyh deformacij razmerostabil'nyh reflektorov / N. A. Testoedov, G. V. Dvirniy, M. Ju. Permjakov // Vestnik SibGAU. 2011. Iss. 2. S. 67-71.
5. Mihalkin V. M. [et al.] Opredelenie pogreshnosti pri vysokotochnyh izmerenijah precizionnyh razmerostabil'nyh ugleplastikovyh konstrukcij kosmicheskih apparatov, v termovakuumnyh uslovijah // Issledovanija v oblasti orazhija i sistem vooruzhenija, avia- i raketostroenija, kosmicheskih letatel'nyh apparatov : sb. trudov. SPb. : Baltijskij gosudarstvennyj tehnicheskij universitet, 2011. P. 97-103.
© Ан-томню А. П., Дв^ный Г. В., Уcaчёв Д. В., Чypaкoв Д. В., Бaйбopoдoвa E. А., 2016
УДК 629.7.017.26
ПРОЕКТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УПРАВЛЯЕМОЙ СИСТЕМЫ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
И МЕТОДИКА ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В. Д. Атамасов1, И. И. Дементьев1*, А. Н. Устинов2
!ФГУП «Конструкторское бюро «Арсенал» имени М. В. Фрунзе» Российская Федерация, 195009, г. Санкт-Петербург, ул. Комсомола, 1-3
2ОАО «Машиностроительный завод «Арсенал» Российская Федерация, 195009, г. Санкт-Петербург, ул. Комсомола, 1-3 E-mail: iidementev@mail.ru
Приведены впервые обоснованные формулировки проектных параметров системы гашения колебаний выносных элементов конструкции космического аппарата и представлена разработанная методика определения этих параметров.
Ключевые слова: космический аппарат; выносной элемент конструкции; антирезонанс; система гашения колебаний; проектные параметры.
