Амортизатор для исполнительных органов системы стабилизации космического аппарата

Полный текст

Введение. Ужесточение требований к вибрационным характеристикам исполнительных органов космических аппаратов (КА), в частности электродвигателей-маховиков (ДМ), обусловливает необходимость введения в их конструкцию дополнительных виброзащитных устройств - амортизаторов, демпферов, способствующих снижению нежелательных вибраций, возникающих как внутри, так и вне прибора [1]. Основным требованием к таким устройствам является снижение вибраций от остаточной неуравновешенности ротора-маховика (даже при тщательном изготовлении его центр масс не совпадает с расчетным геометрическим центром, а ось вращения - с главной осью инерции, что приводит к статическому и динамическому дисбалансу), погрешности геометрической формы шариков, дорожек качения колец шарикоподшипника и прочих источников колебаний. В то же время такие устройства должны обладать высокими жесткостными и малыми массогабаритными характеристиками [2-5]. Типы амортизаторов и требования к ним. Существует достаточно много типов амортизаторов (демпферов). Условно их можно разделить на две группы. Одни из них - пассивные, гасящие колебания за счет своих конструктивных свойств. В этой группе наиболее распространены динамические гасители колебаний, но их установка на КА неизбежно приводит к утяжелению конструкции. Другие - активные, принцип работы которых заключается в создании управляющего момента, компенсирующего возмущающие воздействия [6-8]. Но требования, предъявляемые к исполнительным органам системы ориентации и стабилизации КА, в частности к ДМ, не позволяют воспользоваться существующими типами амортизаторов. Основные причины этого - жесткий допуск (1´-2´) на отклонение главной оси прибора от заданного положения, а также ограничения на массогабаритные характеристики. Помимо указанного, амортизаторы для ДМ имеют недостаточную теплопроводность (для отведения тепла от двигателя на КА) и не обеспечивают гашение колебаний в широком диапазоне частот. Амортизатор должен обладать упругими свойствами, представленными на рис. 1 упругим элементом 1, и вязкими свойствами (демпфирующим элементом 2). Комбинация свойств элементов 1 и 2 дает возможность расширить диапазон демпфирования возмущающих моментов [9-11]. Рис. 1. Структурная схема амортизатора Описание конструкции разработанного амортизатора. Исходя из вышесказанного, разработан амортизатор (рис. 2), который устанавливается на основание ДМ, а затем эта единая конструкция - на КА. Причем одна из поверхностей амортизатора в точности повторяет установочную поверхность КА, а другая - ДМ, что позволяет не вводить никаких дополнительных изменений в конструкцию двигателя. Рис. 2. Конструкция амортизатора Основу амортизатора составляет кольцо из алюминиево-магниевого сплава 1, в котором имеются места крепления кольца к ДМ (отверстия А) и места крепления к КА (втулки 2). Между втулками 2 и кольцом 1 расположены полимерные составы 3 с различными демпфирующими свойствами, что позволяет расширить диапазон рабочих частот [12]. Испытания амортизатора. При проведении испытаний амортизатор устанавливался на ДМ по схеме, приведенной на рис. 3. Рис. 3. Схема установки амортизатора на ДМ для измерения вибрационных характеристик Проведенные испытания заключались в измерении вибрационных характеристик двигателя-маховика в нормальных климатических условиях на свободном упругом подвесе без внешнего виброзащитного устройства, а также совместно с ним. Запись вибрационных характеристик двигателя проводилась в диапазоне частот вращения от 200 до (6000 ± 100) об/мин при горизонтальном расположении вала. Шаг измерения вращения ротора-маховика составлял 100 об/мин [13-15]. Результаты испытаний. Из графиков сравнения зависимостей виброскорости от частоты вращения ротора-маховика блока ДМ по трем ортогональным осям без амортизатора и совместно с ним (рис. 4-6) следует, что на посадочной поверхности ДМ с амортизатором уровень виброскорости заметно снижается по сравнению с уровнем виброскорости на посадочной поверхности ДМ без амортизатора. Для определения уровня этого снижения рассчитаны амплитудные коэффициенты эффективности применения амортизатора от частоты вращения ротора-маховика (рис. 7-9), определяемые по соотношению где АДМ - амплитудное значение виброскорости на посадочной поверхности ДМ; АДМ+ам - амплитудное значение виброскорости на посадочной поверхности амортизатора, предназначенной для контакта с КА. Из графиков видно, что установка амортизатора между ДМ и КА снижает уровень виброскорости, передаваемой на КА, до 3,5-4 раз (в среднем вдвое) и, следовательно, уменьшает уровень возмущающих моментов, передаваемых на КА. При этом указанное снижение достигается увеличением массы ДМ на 175 г. Возможное применение. Существует несколько возможных схем применения данного амортизатора: как отдельного блока с копированием установочных отверстий посадочной плоскости ДМ, что позволяет избежать внесения изменений в конструкцию уже разработанных приборов, или как интегрированного в конструкцию вновь разрабатываемого устройства, что обеспечит выигрыш в массе за счет использования общих конструктивных элементов. Рис. 4. Зависимость амплитуды виброскорости от частоты вращения ротора-маховика по оси Х с амортизатором () и без него () Рис. 5. Зависимость амплитуды виброскорости от частоты вращения ротора-маховика по оси Y с амортизатором () и без него () Рис. 6. Зависимость амплитуды виброскорости от частоты вращения ротора-маховика по оси Z с амортизатором () и без него () Рис. 7. Зависимость амплитудного коэффициента эффективности применения амортизатора от частоты вращения ротора-маховика по оси X Рис. 8. Зависимость амплитудного коэффициента эффективности применения амортизатора от частоты вращения ротора-маховика по оси Y Рис. 9. Зависимость амплитудного коэффициента эффективности применения амортизатора от частоты вращения ротора-маховика по оси Z Заключение. Таким образом, разработанный амортизатор обладает хорошими демпфирующими свойствами и жесткостью, а небольшие массогабаритные характеристики и простота изготовления конструкции позволяют применять его с минимальными доработками в различных приборах, выпускаемых на предприятии.

Об авторах

А. А. Васильцов

АО «Научно-производственный центр «Полюс»

Email: polus@online.tomsk.net
Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Кирова, 56в

А. А. Липовцев

АО «Научно-производственный центр «Полюс»

Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Кирова, 56в

Список литературы

Дополнительные файлы