НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ, ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, ИСПЫТАНИЙ И ЭКСПЛУАТАЦИИ АМОРТИЗАЦИОННЫХ ПЛАТФОРМ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ В ТРАНСПОРТНОМ КОНТЕЙНЕРЕ
- Авторы: Тестоедов Н.А.1, Лозовенко С.Н.1, Головёнкин Е.Н.2, Антипьев А.И.1, Цайтлер А.В.2
-
Учреждения:
- ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева»
- Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
- Выпуск: Том 14, № 6 (2013)
- Страницы: 173-179
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/2712-8970/article/view/503797
- ID: 503797
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Полный текст
В виду высоких требований к обеспечению безо- Система амортизации должна обеспечивать защипасности автоматических космических аппаратов и их ту автоматических космических аппаратов и их пополезной нагрузки при транспортировании, эффек- лезной нагрузки от воздействия динамических нагрутивным способом их защиты от воздействия динами- зок по трем взаимно перпендикулярным направлеческих нагрузок (вибрации, ударных нагрузок, аку- ниям [1]: стических колебаний) является применение аморти- а) в направлении перпендикулярном горизонзационных платформ для закрепления автоматиче- тальной поверхности контейнера; ских космических аппаратов и их полезной нагрузки б) в направлении поперечном направлению двив транспортном контейнере. жения транспортного средства; 173 Вестник СибГАУ в) в направлении движения транспортного средства. В настоящее время используются различные средства гашения динамических нагрузок, успешно используемые в различных областях техники. Научно-практический опыт, накопленный в ОАО «ИСС» при наземной эксплуатации космических аппаратов и их полезной нагрузки, позволяет достаточно уверенно сказать, что наиболее эффективным способом их защиты от негативного воздействия динамических нагрузок, возникающих при транспортировании, является применение в конструкции транспортных контейнеров систем амортизации (амортизационных платформ) на базе тросовых амортизаторов. Тросовые амортизаторы выбраны по ряду преимуществ, в сравнении с другими видами амортизаторов, главными из которых являются [1]: - более эффективное демпфирование динамической нагрузки; - меньшие массогабаритные характеристики, что очень важно, учитывая ограничения перевозчика по размерам транспортных контейнеров. Демпфирование обеспечивается за счет сухого трения между проволоками и прядями стального каната, при этом механическая энергия преобразуется в тепловую, что обеспечивает увеличение эффективности ударо- и виброзащиты с увеличением ампли туды перемещения. А при попадании системы в область резонансных частот амплитуда колебаний тросовых амортизаторов увеличивается в 4-8 раза против 4-6 раз у резинометаллических амортизаторов. Патентная база данных содержит описание различных вариантов конструктивного исполнения тросовых амортизаторов [2]: 1. С прямоугольными планками (рис. 1). 2. С кольцевыми пластинами и радиальными отверстиями под трос (рис. 2). 3. С плоскими и волнообразными изогнутыми кольцевыми пластинами (рис. 3). 4. С прямоугольными пластинами и хомутами под трос (рис. 4). Тросовые амортизаторы с прямоугольными планками (рис. 1) в сравнении с остальными представленными вариантами конструктивного исполнения тросовых амортизаторов обеспечивают устойчивость к боковым воздействиям и наиболее просты в изготовлении. Тросовые амортизаторы, разработанные в ОАО «ИСС», (рис. 5) представляют собой конструкцию, содержащую упругий элемент в виде спирали из стального каната, четыре пластины (внутренние и внешние) с выемками под канат, установленные по две на витках каната в диаметрально противоположных точках окружности спирали [3]. Рис. 3. Тросовый амортизатор с плоскими и волнообразными изогнутыми кольцевыми пластинами Рис. 4. Тросовый амортизатор с прямоугольными пластинами и хомутами под трос 174 № 6(52). 2013 Рис. 5. Схема расположения витков каната в амортизаторе КТ-КА.9640-150 Конструктивной особенностью тросовых амортизаторов разработки ОАО «ИСС» является расположение витков каната, которое обеспечивает устойчивость к боковым усилиями и равномерно распределяет действующую нагрузку по конструкции амортизатора. Количество витков каната выбирается с учетом заданной нагрузки на тросовый амортизатор, исходя из требуемой жесткости и несущей способности амортизатора. В общем случае эффективность работы системы амортизации определяется коэффициентом виброизо-ляпни [4]: β= 1 к 22 где f - собственная частота колебаний системы амортизации с космическим аппаратом или его полезной нагрузкой; ω - частота возбуждения; Kd - коэффициент динамичности. Очевидно, что система виброизоляции эффективна только в том случае, когда отношение raf велико, т. е. если собственная частота системы амортизации мала по сравнению с частотой возмущения. Одним из методов снижения частоты собственных колебаний системы амортизации без уменьшения ее жесткости является искусственное увеличение массы объекта. Анализ практических результатов испытаний тросовых амортизаторов, разработанных в ОАО «ИСС», показал, что собственная частота колебаний системы амортизации на базе тросовых амортизаторов с космическим аппаратом или его полезной нагрузкой в боковом направлении составляет 2-7 Гц, в вертикальном направлении 5-12 Гц. Данный диапазон частот собственных колебаний является еще одним преимуществом в сравнении с другими видами амортизаторов, так как расчетное значение эффективности системы амортизации достигается при частоте 7 Гц и ниже (например, собственная частота колебаний системы амортизации на базе резинометаллических амортизаторов составляет порядка 25 Гц). В ОАО «ИСС» разработаны и используются различные технологии изготовления тросовых амортизаторов. Рассмотрим технологический процесс изготовления тросовых амортизаторов на примере изготовления амортизаторов КТ-КА.9640-150. Для начала необходимо подготовить канат к вытяжке (рис. 6, 7). Далее производится вытяжка каната для стабилизации и равномерного распределения проволочек в канате. По окончании вытяжки необходимо проверить канат на отсутствие обрывов проволок и механических повреждений. В настоящее время ОАО «ИСС» в качестве оборудования используемого для вытяжки каната использует автоматизированную систему САУ-СН-10К, при использовании которой нагружение производится с помощью задания оператором необходимой нагрузки через систему на гидроцилиндр, соединенный с канатом. Следующими этапами изготовления тросовых амортизаторов являются подготовка, навивка каната на пластины и сборка тросового амортизатора (рис. 8-11). К технологии изготовления тросовых амортизаторов необходимо относиться с особым вниманием и ответственностью. Кажущаяся на первый взгляд простота описанной технологии вытяжки и навивки каната таит в себе сложные конструкторские проработки, правильность которых выясняется после проведения испытаний тросовых амортизаторов. Рис. 6. Подготовка каната к вытяжке 175 Вестник СибГАУ Рис. 7. Заделка концов каната петлей и установка зажимов Рис. 8. Подготовка к навивке каната Рис. 9. Навивка каната Рис. 10. Обжатие каната пластинами Рис. 11. Установка шпилек 176 № 6(52). 2013 Рис. 12. График жесткости амортизатора (пример) Испытания амортизаторов КТ-КА.9640-150 проводятся в два этапа. На первом этапе испытываются три амортизатора для определения их несущей способности. Испытательная оснастка должна обеспечивать сжатие и растяжение амортизаторов только в вертикальном направлении, смещение от вертикальной оси не допускается. Перед проведением испытаний замеряется размер Н0 каждого амортизатора (рис. 13). Поочередно испытывается три амортизатора согласно схеме испытаний, прикладывая нагрузку Р с дискретностью в 20 кг, при этом необходимо измерять размер изменившейся высоты Н1 амортизатора после каждого нагружения. При каждом нагружении конструкция выдерживается в течение 1-ь2 минут. Нагружение амортизатора продолжается до соприкосновения его пластин между собой. В случае несоответствия предполагаемому изменению высоты Н1 амортизаторов при каждом нагружении до соприкосновения их пластин допускается производить их разборку и повторную навивку каната. Строится график зависимости силы от перемещения амортизаторов (рис. 12) и по нему определяется значение максимальной жесткости. Из графика видно, что в точке А возникает максимальное изменение высоты амортизатора при предельной нагрузке, при которой амортизатор начинает работать в упругой зоне, без остаточной деформации. Допустимые значения несущей способности опре- P деляются по формуле: РД = . По результатам первого этапа испытаний определяются средние значения допустимой нагрузки по формуле: Picp = Σ i=1,2,3 fRi нального значения Σ i=1,2,3 Ді АН по формуле ΔΗ„„„ = ■ 3 На втором этапе испытывается вся партия амортизаторов, заложенных в конструкторском документе, с целью проверки их фактической жесткости и определения их фактической несущей способности. Поочередно производятся нагружения каждого амортизатора нагрузкой Рдср (рис. 13) в течение 10 минут, при этом производится замер изменения высоты АН амортизатора. По окончании испытаний сравниваются значения изменения высоты каждого амортизатора, и делается вывод о качестве изготовления амортизаторов. Допустимое отклонение АН у партии амортизаторов должно быть не более ±10 % от номинального значения. На амортизаторах, не удовлетворяющих этому требованию, производится повторная навивка каната и в той же последовательности повторяются испытания по двум этапам. и величина номи- Рис. 13. Схема испытания тросового амортизатора 3 177 Вестник СибГАУ По завершении проведения испытаний амортизаторов в зависимости от их фактической несущей способности определяется оптимальное количество тросовых амортизаторов для амортизационных платформ с целью восприятия заданной механической нагрузки. Варьируя диаметром троса и количеством тросовых амортизаторов теоретически можно обеспечить практически любую несущую способность системы амортизации. Варианты конструктивного исполнения амортизационных платформ на базе тросовых амортизаторов, разработанных в ОАО «ИСС», обеспечивают снижение механических нагрузок на космический аппарат до допустимого уровня, при его массе до 600 кг. Сформированные в настоящее время в ОАО «ИСС» алгоритмы проектирования и отработки дают возможность задать оптимальный конструктивный облик системе амортизации, а технологии изготовления амортизационных платформ, применяемых в конструкции транспортных контейнеров разработки ОАО «ИСС», гарантированно обеспечивают получение требуемых проектных параметров. В настоящее время отработана конструкция тросовых амортизаторов с диаметром каната от 5 до 17 мм, которые успешно применяются в транспортных контейнерах для перевозки полезной нагрузки, ее конструктивных элементов и космического аппарата в целом. Оптимальным вариантом конструктивного исполнения амортизационных платформ является расположение тросовых амортизаторов с каждой боковой стороны амортизационной платформы для компенсации и равномерного распределения действующих сил на систему амортизаторов. Конструктивной особенностью амортизационных платформ является то, что тросовые амортизаторы закреплены на раме и основании контейнера таким образом, что угол между линией, проходящей через точки крепления, равен 45° относительно вертикальной оси, для более эффективного демпфирования динамической нагрузки по трем взаимно перпендикулярным направлениям за счет увеличения рабочей области канатов амортизаторов. Рис. 14. Контейнер 14Ф31.9427-0 На рис. 14-16 представлены некоторые варианты расположения амортизационных платформ в различных транспортных контейнерах, разработанных в ОАО «ИСС» [3; 5]. Транспортирование автоматических космических аппаратов и их полезной нагрузки в транспортных контейнерах осуществляется на различных видах транспорта (автомобильном, авиационном, железнодорожном). В связи с возникающими перегрузками, особенно при железнодорожном транспортировании, для проверки эффективности и готовности к штатной эксплуатации амортизационные платформы подвергают транспортировочным испытаниям. В качестве примера рассмотрим испытания амортизационных платформ контейнера КТ-КА.9640-0, предназначенного для транспортирования космического аппарата «Канопус-В». Перед проведением транспортировочных испытаний на основании и раме контейнера закреплялись регистраторы, предназначенные для регистрации перегрузок. Испытания контейнера проводились на автомобильном транспорте с закрепленным имитатором КА на опоре, которая через амортизационную платформу крепилась с основанием контейнера (рис. 15). По окончании испытаний проводилась оценка эффективности системы амортизации, и принималось решение о допуске к штатной эксплуатации. Успешность проведения испытаний амортизационных платформ подтверждает правильность выбора оптимального количества тросовых амортизаторов для амортизационных платформ и гарантирует защиту автоматических космических аппаратов и их полезной нагрузки от воздействия динамических нагрузок во время транспортирования. За последние 10 лет в ОАО «ИСС» разработано 6 транспортных контейнеров с системой амортизации и опыт их эксплуатации позволил сформировать необходимые указания по эксплуатации амортизационных платформ в обеспечение сохранения их характеристик в течение всего срока службы. Рис. 15. Контейнер КТ-КА.9640-0 178 № 6(52). 2013 При эксплуатации системы амортизации происходит ее естественный, амортизационный износ. Поддержание системы амортизации в работоспособном состоянии производится благодаря своевременному проведению технического обслуживания. Однако не производится оценка фактической жесткости амортизационных платформ, что не дает четкого представления о ее состоянии. Предлагается после 5-6 транс-портирований с использованием системы амортизации производить подтверждение характеристик системы амортизации в условиях, максимально приближенных к условиям штатной эксплуатации. Накопленная информация позволит в дальнейшем предвидеть и рассчитать момент износа и выработки тросовых амортизаторов при определенной нагрузке на них, что является существенным моментом и позволит избежать не предвиденные ситуации и распланировать своевременную замену амортизационных платформ в случае необходимости. Выявленные тросовые амортизаторы с несоответствием жесткости требуемым параметрам необходимо заменять, поэтому в комплект ЗИП (запасных частей, инструментов и принадлежностей) контейнера транспортного необходимо закладывать запасные амортизаторы, предназначенные для замены вышедших из строя. Данный подход несет в себе экономически обоснованные затраты, которые не соизмеримы с экономическими затратами на изготовление и экспериментальную отработку космического аппарата. Разработанные и используемые в ОАО «ИСС» системы виброзащиты прошли наземную эксплуатацию и зарекомендовали себя в обеспечении комфортных условий для автоматических космических аппаратов и их полезной нагрузки. Представленный материал позволяет оценить возможности и эффективность использования амортизационных платформ в рассеивании энергии динамических нагрузок и получить достаточно полное представление о конструктивном исполнении и технологии их изготовления. Библиографические ссылкиОб авторах
Н. А. Тестоедов
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева»
Email: loco@iss-reshetnev.ru
Россия, 662972, Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
С. Н. Лозовенко
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева»
Email: loco@iss-reshetnev.ru
Россия, 662972, Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
Е. Н. Головёнкин
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Email: loco@iss-reshetnev.ru
Россия, 660014, Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
А. И. Антипьев
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева»
Email: loco@iss-reshetnev.ru
Россия, 662972, Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
А. В. Цайтлер
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Email: loco@iss-reshetnev.ru
Россия, 660014, Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Список литературы
- Проблематика снижения негативного воздействия механических нагрузок на космический аппарат в течение его транспортирования / А. И. Антипьев и др. // Решетневские чтения : материалы XIII Междунар. науч. конф. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2009. С. 293.
- Пат. РФ № 2305809. Тросовый амортизатор (варианты) и способ его изготовления (варианты) / А. И. Макаренков, А. В. Слепов // Офиц. бюл. Федер. службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. М. : ФИПС. 10.09.2007. Бюл. № 25.
- КТ-КА.9640-0РЭ. Контейнер транспортировочный : руководство по эксплуатации. ОАО «ИСС», 2009.
- Блехман И. И. Вибрационная механика. М. : Физматлит, 1994. 400 с.
- 14Ф31.9427-0РЭ. Контейнер транспортный : руководство по эксплуатации. ОАО «ИСС», 2009.