EVALUATION OF THE ANTENNA POINTING SYSTEM DISTURBING MOMENT IN THE EXPERIMENTAL PROCESS

全文:

При проектировании СНА была поставлена задача оценить величину возмущающего момента системы, действующего на КА, чтобы убедиться, что при выполнении основной функции СНА не влияет на ориентацию и стабилизацию КА [1]. Оценить возможные возмущающие моменты необходимо было в процессе наземной экспериментальной отработки СНА. Для этого был разработан СИ, предназначенный для создания реальных инерционных нагрузок, проверки возмущающих моментов при работе электромеханических устройств типа БМ СНА. СИ имеет следующий состав: - подставка под объект контроля, включающая в себя основание и плиту установочную; - инерционный имитатор, включающий в себя штангу, наборы грузов, элемент передачи момента на выходной вал, переходник и кронштейн для установки датчика угловой скорости; - система обезвешивания; - инерционно-жесткостный имитатор штанги КА для БМ СНА; - датчик угловой скорости (ДУС). 162 Авиационная и ракетно-космическая техника Функциональная схема СИ представлена на рис. 1. Рис. 1. Функциональная схема инерционного стенда: 1 - система обезвешивания; 2 - штанга; 3 - груз; 4 - датчик угловой скорости с кронштейном для установки; 5 - элемент для передачи момента на выходной вал; 6 - плита установочная; 7 - основание; 8 - объект контроля Стенд построен для однокоординатного измерения возмущающих моментов при вращении механизма. На СИ с помощью ДУС, установленного на выходном валу БМ СНА: - измерялась величина угловой скорости выходного вала БМ СНА с частотой опроса 100 Гц; - определялась величина углового ускорения выходного вала БМ СНА путем дифференцирования угловой скорости; - определялась величина возмущающего момента по формуле Mb = Jн ·^, (D dt где Jii - момент инерции нагрузки, кг-м2; ω - угловая скорость вращения выходного вала БМ СНА по показаниям внешнего измерителя угловой скорости, рад/с. При проведении данной работы инерционным имитатором создавался момент инерции, равный 34,5 кг-м2. Такая величина момента инерции обусловлена результатами разработки антенного рефлектора. Измерение возмущающего момента при движении БМ СНА проводилась в два этапа. На первом этапе были получены результаты по возмущающим моментам, создаваемым при движении антенны с постоянной скоростью. Имитировался режим движения со скоростью в диапазоне скоростей слежения за подвижными объектами. На втором этапе работы оценивалась величина возмущающего момента при наборе и снижении скорости при отработке приближения к целеуказанию (подходе к точке). Для построения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) возмущающих моментов использовалась программная среда Matlab, функция fft [2, с. 138], реализующая алгоритм быстрого преобразования Фурье. При испытаниях с моментом инерции, равным 34.5 кг-м2, с постоянной скоростью в заданном диапазоне от 0 до 1,2'/с максимальная амплитуда периодической составляющей возмущающего момента составила: - в диапазоне частот от 0,1 до 1 Гц - 1,023-10-3 Н-м; - в диапазоне частот более 1 Гц - 3,025-10-2 Н-м. Результаты измерений возмущающих моментов при работе канала СНА с постоянной скоростью с моментом инерции, равным 34,5 кг-м2, приведены в табл. 1. Графики АЧХ возмущающих моментов приведены на рис. 2, 3. При испытаниях с моментом инерции, равным 34.5 кг-м2, при разгоне до максимальной скорости (7 '/с) максимальная амплитуда периодической составляющей возмущающего момента составила: - в диапазоне частот от 0,1 до 1 Гц - 1,445-10-3 Н-м; - в диапазоне частот более 1 Гц - 2,482-10-2 Н-м. Результаты измерений возмущающих моментов, создаваемых каналом СНА при разгоне до максимальной скорости (7'/с) с моментом инерции, равным 34.5 кг-м2,-приведены в табл. 2. Графики АЧХ возмущающих моментов приведены на рис. 4, 5. Таблица 1 Привод Постоянная скорость, '/с Возмущающий момент, Н-м Привод Постоянная скорость, '/с Возмущающий момент, Н-м В диапазоне частот от 0,1 до 1 Гц В диапазоне частот более 1 Гц В диапазоне частот от 0,1 до 1 Гц В диапа-зоне частот более 1 Гц В 0,1 0,0455-10-3 1,242-10-2 Н 0,1 0,0513-10-3 1,902 10-2 0,3 0,1283-10-3 1,713-10-2 0,3 0,1436-10-3 2,734-10-2 1 0,3347-10-3 0,442-10-2 1 0,4254-10-3 2,746-10-2 163 Вестник СибГАУ. № 4(50). 2013 Таблица 2 Привод Приращение скорости при разгоне, '/с Возмущающий момент, Н-м Привод Приращение скорости при разгоне, '/с Возмущающий момент, Н^м В диапазоне частот от 0,1 до 1 Гц В диапазоне частот более 1 Гц В диапазоне частот от 0,1 до 1 Гц В диапазоне частот более 1 Гц В 0,1 0,8998·10-3 1,682· 10-2 Н 0,1 0,7277· 10-3 1,33110-2 0,3 1,006· 10-3 1,717· 10-2 0,3 0,871110-3 1,206·10-2 0,5 1,289· 10-3 1,307· 10-2 0,5 1,213· 10-3 0,454· 10-2 0,1 0,768· 10-3 0,475· 10-2 0,1 0,6984· 10-3 1,855·10-2 0,3 1,121-10-3 1,323·10-2 0,3 1,049· 10-3 1,375·10-2 0,5 1,445· 10-3 2,482·10-2 0,5 1,238· 10-3 1,201·10-2 О б 1Ü Тб 20 25 30 35 40 45 60 Частота, Гц Частота, Гц Рис. 2. График АЧХ привода В при работе с постоянной скоростью 1 '/с Дмп лит уд, но—настати ая хаооктеоріті>іска &оэм^цаоцего момента создаваемого каналом СНА по кооодимате H4 с ко о ость 1 і і і ! і і і 1 'Sot MOHSMT 34,5 Ним ! : I : tX: 8 13 : : I : Y 0 003092 : ■ ■ * L E О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Частота, Г и, Частота, Гц Рис. 3. График АЧХ привода Н при работе с постоянной скоростью 1 '/с 164 Авиационная и ракетно-космическая техника Рис. 4. График АЧХ БМ СНА привод В2 (разгон через 0,5 '/с) Частота, Гц Рис. 5. График АЧХ БМ СНА, привод Н2 (разгон через 0,5 '/с) Максимальная амплитуда периодической составляющей для собственных колебаний ДУС приходится на частоты 15,87 и 39,87 Гц. Максимальная амплитуда периодической составляющей для собственных колебаний штанги СИ приходится на частоты 2,685 Гц. Результаты измерений показали: - СНА при работе с моментом инерции нагрузки 34,5 кг-м2, рассчитанным для модуля полезной нагрузки КА «Луч-5 А», при движении приводов со скоростями от 0 до 1,2'/с в диапазоне частот от 0,1 до 1 Гц не создает возмущающих моментов, превышающих установленные требования; - СНА при работе с моментом инерции нагрузки 34,5 кг-м2, рассчитанным для модуля полезной нагрузки КА «Луч-5А», при движении с выходом на максимальную скорость и торможением до нулевой скорости создает возмущающие моменты, превышающие установленные требования на 44 % для периодической составляющей в диапазоне от 0,1 до 1 Гц и на 48 % для периодической составляющей во всем диапазоне частот от 1 Гц. 165 Вестник СибГАУ. N 4(50). 2013 Наличие в частотном спектре в диапазоне частот от 1 Гц периодической составляющей возмущающего момента с амплитудой, превышающей заданные пределы, обусловлено наличием в данной области частот периодических составляющих собственных колебаний штанги инерционного макета и ДУС. Учитывая, что режим работы СНА с небольшим превышением уровней возмущающих моментов кратковременный (при движении из нулевого положения в крайнюю точку зоны перенацеливания не более 2,5 минут), а в режимах движения с постоянной скоростью уровни возмущающих моментов не превышают заданных требований, то полученные результаты можно считать приемлемыми для КА серии «Луч-5». Полученные результаты характеризуют величину возмущающих моментов, приведенных к посадочному месту БМ СНА. Момент, приложенный к штанге, на которой размещен БМ с антенной, определяется по формуле (1). Тогда относительно величины этого момента, приложенного к концу штанги, можно оценить величину углового отклонения КА. Величину углового смещения определим через ускорение, придаваемое КА возмущающим моментом: MВ JЛTh (2) угловое где Jka - момент инерции КА, кг-м ; θК ускорение КА, '/с2. Не учитывая динамику движения космического аппарата и допуская, что он является твердым телом с моментом инерции, угловое смещение от действия возмущающего момента в одной плоскости можно определить как 2 КА ’2уп θ^Λ · T КА 2 (3) где 0КА - угловое смещение КА, '; Туп - время работы программного обеспечения, с. С учетом выражения (2) выражение (3) примет вид: mв •тп 2 · J1 (4) КА Подставляя в выражение (4) следующие значения: возмущающий момент 2,482-10-2 Нм, момент инерции КА 4800 кг-м2, время работы программного обеспечения 4 с, получаем величину 0КА = 0,153'. Полученная величина отклонения КА при действии возмущающего момента не превышает допустимого значения для отклонения ориентации при движении антенн КА серии «Луч». В результате проведенной работы были получены данные о величине возмущающих моментов, которые могут создаваться при работе системы наведения антенн, как в режиме слежения, так и в режиме перевода в точку. С учетом требований по точности ориентации антенн и КА «Луч-5» в целом, полученные результаты можно считать приемлемыми. Данные результаты могут быть использованы для оценки динамических процессов на КА в целом и оценки влияния на его точность ориентации и ориентацию в пространстве антенны при наведении на наземные пункты, международную космическую станцию, КА, находящиеся на низкой и круговой орбитах. В случае применения систем наведения антенн при лазерном наведении, что влечет за собой более точную ориентацию антенн и КА в единицы угловых секунд, данная работа будет требовать дополнительного изучения характера возникновения возмущающих моментов для уменьшения их величины и возможности их компенсации.

作者简介

Andrey Goncharuk

JSC “Information satellite system” named after academician M. F. Reshetnev

Email: gav78@iss-reshetnev.ru
senior engineer 52, Lenin str., Jeleznogorsk, 662971, Russian Federation

M. Lukyanenko

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev

Email: sibgau-sau@mail.ru
31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation

V. Raevsky

JSC “Information satellite system” named after academician M. F. Reshetnev

52, Lenin str., Jeleznogorsk, 662971, Russian Federation

参考

补充文件