The shock-absorber for executive powers of system of stabilisation of a spaceCRAFT


如何引用文章

全文:

详细

Engines-flywheels are widely used in the systems of orientation and stabilization of a small-sized spacecrafts. Today the topical issue is reduction of harmful revolting influences on the engines-flywheels caused by errors of manufacturing and assemblage of ball-bearing support, a rotor-flywheel unbalance, electromagnetic influences. Minimization of negative mechanical influences of separate knots and engine-flywheel elements will allow to improve dynamic properties and spacecraft service life as a whole. In presented article principal causes of occurrence of harmful mechanical influences at engine-flywheel work are considered. The methods of their reduction are considered. The short review of existing types of shock-absorbers and principles of their work and described features of application of shock-absorbers for systems of orientation and stabilization on the base of engines-flywheels is regarded. The construction of the shock-absorber for the electric motor-flywheel is offered. The description of work of the developed shock-absorber is achieved. Under the developed drawings the development type of the shock-absorber is made. The technique of carrying out of measurement of vibrating characteristics is made. The conducted tests are consisted of measurement of vibrating characteristics of the engine-flywheel in normal conditions on free elastic pendant without external vibroprotective devices and also together with it. In the article the graphs of comparison of dependences vibrovelocity from frequency of rotation of a rotor-flywheel of the investigated engine on three orthogonal axes without the shock-absorber and together with it are presented. It is revealed, that a shock-absorber installation on a spacecraft a level of vibrovelocity decreases in comparison with level of vibrovelocity on a landing surface of the engine-flywheel. For definition of quantity of this amplitude peak coefficients effectiveness ratio of application of the shock-absorber from frequency of rotation of a rotor-flywheel are calculated. Corresponding graphs show that shock-absorber installation between the engine-flywheel and a spacecraft are reduced a level of vibrovelocity, transferred to a space vehicle to 3,5 - 4 times (on the average in 2 times) and reduces quantity of the harmful revolting moments transferred to a spacecraft. In conclusion, the detention about application of the developed shock-absorber is given.

全文:

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.
×

作者简介

A. Vasiltsov

SC “Scientific&Industrial Centre “Polyus”

Email: polus@online.tomsk.net
56v, Kirov Av., Tomsk, 634050, Russian Federation

A. Lipovtsev

SC “Scientific&Industrial Centre “Polyus”

56v, Kirov Av., Tomsk, 634050, Russian Federation

参考

  1. Гладышев Г. Н., Дмитриев В. С., Копытов В. И. Системы управления космическими аппаратами (Исполнительные органы: назначение, принцип действия, схемы, конструкция) : учеб. пособие. Томск : Изд-во ТПУ, 2000. 207 с
  2. Влияние жесткости силовых элементов конструкции на величину критической скорости исполнительного органа на базе управляемого по скорости двигателя-маховика (УДМ) / Ю. А. Бритова [и др.] // Контроль. Диагностика. 2012. № 11. С. 24-27
  3. Журавлев В. Ф., Бальмонт В. Б. Механика шарикоподшипников гироскопов / под ред. Д. М. Климова. М. : Машиностроение, 1985. 272 с
  4. Приборные шариковые подшипники : справочник / под ред. К. Н. Явленского [и др.] М. : Машиностроение, 1981. 351 с
  5. Васильцов А. А. Пути минимизации возмущающих воздействий двигателей-маховиков // Электронные и электромеханические системы и устройства : тез. докл. XVIII науч.-техн. конф (22-23 апр. 2010, г. Томск) / ОАО «НПЦ «Полюс». Томск, 2010. С. 197, 198
  6. Ковалев М. П. Опоры и подвесы гироскопических устройств. М. : Машиностроение, 1970. 286 с
  7. Биргер И. А., Шорр Б. А., Иосилевич Г. Б. Расчет на прочность деталей машин : справочник. 3-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1979. 702 с. : ил
  8. Ли Мин. Демпфирование резонансных колебаний гироскопических систем активным динамическим гасителем : автореф. дис. … канд. техн. наук. М., 2009
  9. Унифицированные космические платформы для малых космических аппаратов : справ. пособие / В. Н. Блинов [и др.] // Малые космические аппараты. В 3 кн. Кн. 3. Мини-спутники. Омск : Изд-во ОмГТУ, 2010. 348 с
  10. Исакович М. М., Клейман Л. И., Перчанок Б. Х. Устранение вибрации электрических машин. Л. : Энергия. Ленингр. отд-ние, 1979. 200 с. : ил
  11. Шубов И. Г. Шум и вибрация электрических машин. Л. : Энергия, 1973. 200 c
  12. Васильцов А. А. Анализ и выбор конструкций амортизаторов для электромеханических устройств // Электронные и электромеханические системы и устройства : тез. докл. XVIII науч.-техн. конф (10-11 апр. 2008, г. Томск) / ОАО «НПЦ «Полюс». Томск, 2008. С. 108-110
  13. Сергеев С. И. Демпфирование механических колебаний. Физматгиз, 1959. 439 c
  14. ГОСТ 16819-71. Приборы виброизмерительные. Термины и определения. М. : Изд-во стандартов, 1988
  15. Иориш Ю. И. Измерение вибраций. Общая теория, методы и приборы. М. : Машгиз, 1956. 404 c

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

版权所有 © Vasiltsov A.A., Lipovtsev A.A., 2015

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可
##common.cookie##