СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ МНОГОЗВЕННОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ Российский патент 2005 года по МПК G01M19/00 

Изобретение относится к способам испытаний многозвенных механических систем, преимущественно космических аппаратов, на функционирование и может быть использовано в ракетно-космической технике при проведении наземной отработки конструкций космических аппаратов.

Известен способ испытаний многозвенной механической системы космического аппарата на функционирование (см. Изделие 11 Ф 654. Инструкция по транспортированию и перегрузке. Часть 2. Транспортирование и перегрузка на ТК. 11Ф654. ИЭ 12, часть 2, редакция 1, рис.4, КБ "Полет", 2001 г.), согласно которому космический аппарат, содержащий корпус с закрепленными и зафиксированными на нем в сложенном положении многозвенными панелями солнечных батарей, снабженными приводами их раскрытия, устанавливают вертикально на стенд обезвешивания и производят выставку оси вращения каждой панели солнечной батареи в вертикальную плоскость с помощью отвеса (вертикализацию осей вращения). Затем производят закрепление каждой панели солнечной батареи к пружинам обезвешивания и путем регулировки усилий натяжения последних (при этом панели расчекованы и находятся в раскрытом состоянии) восстанавливают длину каждой пружины, полученную при взвешивании каждой панели солнечной батареи (при определении ее фактической массы). В результате проведения этих операций верхние торцы звеньев механической системы (в данном случае панелей солнечных батарей) космического аппарата выставляются в горизонтальные плоскости. После этого производят последовательное раскрытие панелей солнечных батарей при номинальном значении усилий на приводах их раскрытия.

Известен также способ испытаний многозвенной механической системы космического аппарата на функционирование (см. ТЗ 153.525.11-2002. Техническое задание на проведение испытаний механических систем изделия 372 А 321, стр.47, КБ "Полет", 2003 г.), заключающийся в том, что на верхнюю часть корпуса космического аппарата, содержащего многозвенную механическую систему (многозвенные панели солнечных батарей), снабженную приводами раскрытия, закрепляют поворотную балочную систему обезвешивания, состоящую из шарнирно соединенных балок, эквидистантно установленных над соответствующими звеньями механической системы космического аппарата, к балочной системе обезвешивания крепят пружины обезвешивания звеньев механической системы космического аппарата и путем регулировки усилий их натяжения выставляют верхние торцы звеньев механической системы космического аппарата в горизонтальную плоскость (при раскрытом положении звеньев механической системы), после чего сворачивают звенья механической системы в исходное положение, фиксируют их в этом положении к корпусу космического аппарата, а затем проводят проверку функционирования многозвенной механической системы космического аппарата (последовательное раскрытие ее звеньев) при номинальных усилиях на приводах раскрытия.

Недостатком данного способа испытаний многозвенной механической системы космического аппарата на функционирование является то, что для достижения необходимой точности установки звеньев механической системы космического аппарата требуется значительное время на регулировку пружин обезвешивания (восстановление длин пружин каждого звена механической системы космического аппарата) для обеспечения сосности осей вращения шарнирных устройств звеньев механической системы космического аппарата и балочной системы обезвешивания, особенно при наличии в составе механической системы космического аппарата двух и более звеньев.

Как известно (см. “Технология сборки и испытаний космических аппаратов” под ред. И.Т.Белякова, И.А.Зернова. М.: Машиностроение, 1990 г., стр.142-144), критерием минимума погрешности усилия обезвешивания является условие

H>>R, где

Н - высота точки подвеса,

R - радиус вращения центра масс обезвешиваемой конструкции.

Ввиду того, что в случае использования для обезвешивания многозвенной механической системы космического аппарата поворотной балочной системы, установленной на верхнюю часть корпуса космического аппарата, параметры Н и R соизмеримы, то при раскрытии звеньев механической системы космического аппарата в процессе проведения ее испытаний на функционирование возможно увеличение усилий сопротивления как в узлах вращения звеньев механической системы космического аппарата, так и в шарнирных узлах поворотной балочной системы обезвешивания из-за увеличения сил трения в результате возможных перекосов. При этом сложно выставить верхние торцы звеньев механической системы космического аппарата в горизонтальную плоскость (данная операция проводится при раскрытом состоянии звеньев механической системы), т.к. в случае использования в конструкции космического аппарата многозвенной механической системы (на практике имеющей малую жесткость) требуется неоднократно проводить регулировку пружин обезвешивания каждого звена механической системы космического аппарата (при выставке длины пружины одного звена механической системы космического аппарата возможно изменение длин пружин других звеньев этой механической системы).

Кроме того, настройка приводов раскрытия на номинальные усилия срабатывания может оказаться недостаточной для нормального раскрытия звеньев механической системы космического аппарата в рабочее положение из-за повышенных усилий сопротивления в шарнирных узлах поворотной балочной системы обезвешивания и в узлах разворота звеньев механической системы космического аппарата.

Задачей (целью) предлагаемого способа испытаний механической системы космического аппарата на функционирование является сокращение времени и трудоемкости подготовки космического аппарата к испытаниям его многозвенной механической системы на функционирование, а также гарантированное раскрытие (повышение надежности раскрытия) многозвенной механической системы космического аппарата в условиях проведения испытаний (т.е. с применением поворотной балочной системы обезвешивания).

Поставленная цель в предлагаемом способе достигается путем выставки на пружинах обезвешивания верхних торцев звеньев механической системы космического аппарата в горизонтальную плоскость (при раскрытом положении звеньев механической системы) с точностью не выше 0,4° с последующим раскрытием звеньев механической системы космического аппарата при усилии, создаваемом приводом раскрытия, превышающем номинальное (расчетное) усилие не менее чем на 30% (т.е. влияние погрешностей, возникающих при такой “неточной” выставке, предлагается компенсировать приложением повышенного усилия со стороны привода раскрытия). При этом потребное усилие со стороны привода раскрытия равняется силам сопротивления раскрытию звеньев механической системы космического аппарата.

Силы сопротивления раскрытию звеньев механической системы космического аппарата складываются из следующих составляющих:

- сил сопротивления от трения в узлах разворота звеньев механической системы космического аппарата;

- сил сопротивления от кабельных жгутов, расположенных на раскрываемых звеньях механической системы космического аппарата;

- сил сопротивления от трения в шарнирных узлах поворотной балочной системы обезвешивания.

При применении поворотной балочной системы обезвешивания при испытаниях многозвенной механической системы космического аппарата на функционирование возможны перекосы и неточность установки отдельных звеньев механической системы космического аппарата (верхние торцы звеньев механической системы космического аппарата могут не находиться в горизонтальной плоскости), т.к. высота точки подвеса Н и радиус вращения R центра масс раскрываемых (обезвешиваемых) звеньев механической системы космического аппарата соизмеримы по величине. Следствием этого является увеличение сил трения в узлах разворота звеньев механической системы космического аппарата, а также увеличение сопротивления вращению за счет сил трения в шарнирных узлах и сил инерции дополнительно установленной поворотной балочной системы обезвешивания. Данное увеличение сопротивления вращению приводит к увеличению необходимого усилия раскрытия (движущего усилия раскрытия). При этом номинального усилия на приводе раскрытия, соответствующего расчетному усилию раскрытия (т.е. усилию при отсутствии каких-либо перекосов и погрешностей установки звеньев механической системы космического аппарата), может оказаться недостаточно для нормального функционирования многозвенной механической системы космического аппарата. Поэтому для компенсации увеличенных сопротивлений в шарнирных узлах звеньев механической системы космического аппарата и поворотной балочной системы обезвешивания предлагается задавать усилие привода раскрытия больше номинального значения.

Опыт эксплуатации многозвенных механических систем космических аппаратов (секций панелей солнечных батарей) показывает, что трудоемкость операции по устранению перекоса верхних торцев отдельных звеньев механических систем относительно горизонтальной плоскости, начиная от величины 0,4° (и менее), значительно возрастает, так как требуется многократная последовательная выставка верхних торцев отдельных звеньев механической системы в горизонтальную плоскость в условиях их кинематически несбалансированного взаимовлияния (при такой точности установки при выставке длины пружины одного звена механической системы космического аппарата происходит трудно рассчитываемое изменение длин пружин других звеньев этой механической системы).

Одновременно же, при установке верхних торцев звеньев механической системы с точностью не выше 0,4° силы сопротивления (трения) в узлах вращения звеньев механической системы космического аппарата возрастают не более чем на 20% по сравнению с (расчетными) силами сопротивления (трения) при отсутствии перекосов установки торцев звеньев механической системы космического аппарата в горизонтальную плоскость, что требует 20%-ного увеличения необходимого усилия со стороны привода раскрытия. При этом также возрастут и силы сопротивления от трения в шарнирных узлах при повороте балок системы обезвешивания, которые могут быть учтены увеличением возросшего на 20% необходимого усилия со стороны привода раскрытия еще в 1,5 раза (это нормируемый коэффициент безопасности, применяемый при расчетах прочности космических аппаратов, их узлов и компонентов, а также при кинематических расчетах многозвенных механических систем космических аппаратов). Таким образом, суммарное увеличение необходимого (потребного) усилия раскрытия со стороны привода раскрытия составит не более 30%.

Тем самым, для гарантированного безударного (без рывков и заеданий) раскрытия звеньев механической системы космического аппарата, верхние торцы которых выставлены в горизонтальную плоскость с перекосом не более 0,4°, необходимо мощность рабочего усилия привода раскрытия увеличить не менее чем на 30% по сравнению с соответствующим номинальным усилием раскрытия при отсутствии перекосов установки верхних торцев звеньев механической системы космического аппарата в горизонтальную плоскость.

Практически, это можно осуществить выбором и установкой на космический аппарат более мощного привода раскрытия многозвенной механической системы с увеличенным на 30% рабочим усилием, либо использовать установленный привод на форсированных режимах работы (если это предусмотрено условиями его эксплуатации).

Увеличение рабочего усилия (мощности) привода раскрытия многозвенной механической системы космического аппарата на 30% по сравнению с номинальным усилием является приемлемым с точки зрения обеспечения прочности как силовой конструкции корпуса космического аппарата, так и силовой конструкции (с установленными на ней приборами, например, на каркасах солнечных батарей фотопреобразователями и датчиками) многозвенной механической системы космического аппарата, т.к. более критическими случаями нагружения конструкций (по их напряженно-деформированному состоянию) являются транспортировка космического аппарата и его полет на активном участке траектории (по сравнению со случаем раскрытия звеньев механической системы).

Схема испытаний многозвенной механической системы космического аппарата на функционирование (на раскрытие) предложенным способом представлена на чертеже.

Проверку функционирования многозвенной механической системы космического аппарата предлагаемым способом проводят следующим образом.

- космический аппарат 1 с закрепленной и зафиксированной на его корпусе 2 в сложенном положении многозвенной механической системой 3 устанавливают в вертикальном положении на технологическую подставку 4;

- на верхнюю часть корпуса 2 космического аппарата 1 устанавливают и закрепляют поворотную балочную систему обезвешивания 5;

- каждое звено 6 механической системы 3 космического аппарата 1 крепят посредством пружин обезвешивания 7 к соответствующей балке 8 поворотной балочной системы обезвешивания 5;

- проводят регулировку усилия натяжения каждой пружины обезвешивания 7 (при раскрытом положении звеньев 6 механической системы 3) с обеспечением установки верхних торцев 9 звеньев 6 механической системы 3 в горизонтальную плоскость с точностью не выше 0,4°;

- закрывают (сворачивают) звенья 6 механической системы 3 в исходное положение и фиксируют их на корпусе 2 космического аппарата 1;

- производят расфиксацию и последовательное раскрытие звеньев 6 механической системы 3 в рабочее положение с помощью их приводов раскрытия (не показаны), создавая при этом усилия на приводах раскрытия, превышающие номинальные (расчетные) усилия раскрытия не менее чем на 30%.

Уменьшение точности выставки (не выше 0,4°) верхних торцев звеньев механической системы космического аппарата в горизонтальную плоскость значительно сокращает продолжительность и уменьшает трудоемкость операции по настройке пружин обезвешивания и компенсируется повышенным усилием со стороны привода раскрытия, превышающим номинальное усилие (т.е. потребное усилие при отсутствии перекосов) не менее чем на 30%.

Опыт эксплуатации показывает, что реализация предлагаемого способа позволит снизить время настройки пружин обезвешивания при подготовке космического аппарата с четырехзвенной механической системой габаритами 2 м × 2 м примерно на 6...8 часов при уменьшении трудоемкости на 12...16 человекочасов. При этом электродвигатели, используемые в качестве исполнительных органов приводов раскрытия, всегда имеют запас по мощности, так как они не проектируются под конкретный космический аппарат, а выбираются из существующего ряда.

Величина увеличения рабочего усилия привода раскрытия на 30% по сравнению с номинальным усилием раскрытия гарантирует нормальное функционирование многозвенной механической системы космического аппарата как при наземной отработке, так и в условиях невесомости космического пространства.

Предлагаемый способ испытаний многозвенной механической системы космического аппарата на функционирование позволяет сократить время и уменьшить трудоемкость подготовки космического аппарата к испытаниям на функционирование, а также обеспечить гарантированное раскрытие (повысить надежность раскрытия) многозвенной механической системы космического аппарата в условиях проведения испытаний (т.е. с применением поворотной балочной системы обезвешивания).

Изобретение относится к способам испытаний многозвенной механической системы космического аппарата на функционирование и может быть использовано в ракетно-космической технике при проведении наземной отработки конструкций космических аппаратов. Испытания многозвенной механической системы 3 космического аппарата 1 на функционирование с использованием закрепленной на его корпусе 2 поворотной балочной системы 5, связанной пружинами обезвешивания 7 со звеньями 6 механической системы 3, проводят путем регулировки усилий натяжения пружин обезвешивания 7 с обеспечением установки верхнего торца 9 каждого звена 6 механической системы 3 в горизонтальную плоскость с точностью не выше 0,4° с последующим раскрытием звеньев 6 механической системы 3 при усилиях приводов раскрытия, превышающих соответствующие номинальные усилия раскрытия звеньев 6 механической системы 3 не менее чем на 30%. Технический результат - сокращение времени и трудоемкости подготовки космического аппарата к испытаниям его многозвенной механической системы на функционирование, а также гарантированное раскрытие (повышение надежности раскрытия) многозвенной механической системы космического аппарата. 1 ил.

Способ испытаний многозвенной механической системы космического аппарата на функционирование, заключающийся в том, что космический аппарат, содержащий корпус с закрепленной на нем многозвенной механической системой, соединенной с приводами раскрытия, снабженный поворотной балочной системой, закрепленной на верхней части корпуса, устанавливают с возможностью раскрытия звеньев механической системы в вертикальной плоскости, крепят каждое звено механической системы посредством пружин обезвешивания к поворотной балочной системе, проводят регулировку усилия натяжения каждой пружины обезвешивания при раскрытом положении звеньев механической системы, закрывают звенья, фиксируют звенья к корпусу космического аппарата и выполняют последовательное раскрытие звеньев механической системы с помощью приводов раскрытия, отличающийся тем, что при регулировке усилия натяжения каждой пружины обезвешивания обеспечивают установку верхнего торца каждого звена механической системы в горизонтальную плоскость с точностью не выше 0,4°, а раскрытие звеньев механической системы производят при усилиях, создаваемых приводами раскрытия, превышающими соответствующие номинальные усилия раскрытия не менее чем на 30%.