ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ РАСКРЫТИЯ БАТАРЕИ СОЛНЕЧНОЙ Российский патент 2012 года по МПК B64G7/00 

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при проектировании стендов для обезвешивания раскрывающихся конструкций типа батареи солнечной (БС) с максимальным приближением к условиям невесомости при наземных испытаниях.

Известно устройство для обезвешивания раскрывающихся многозвенных конструкций (патент RU №2376217), используемых в космической технике, которые позволяют обеспечить условия невесомости и проводить испытания при наземной отработке.

Устройство содержит имитатор космического аппарата, обезвешивающую многосекционную штангу с подкосом, регулируемые пружины обезвешивания для подвески многозвенной механической системы космического аппарата, например, солнечной батареи (СБ).

Известно также устройство для обезвешивания секционных складных панелей солнечных батарей космического аппарата (патент RU №2299840), содержащее секционные штанги, закрепленные на транспортировочном кольце, установленном в горизонтальном положении в верхней части космического аппарата, и расположенные над секционными складными панелями солнечных батарей, которые связаны с складными штангами с помощью разъемных фиксаторов и регулируемых пружин обезвешивания.

Известное устройство, а также вышеописанное, имеют ограниченные эксплуатационные возможности, так как могут применяться для солнечных батарей при горизонтальной схеме полета изделия (космического аппарата, спутника), когда панель раскрывается в одной плоскости. При вертикальной схеме полета, когда необходимо сначала отвести панели БС от борта изделия, а затем раскрыть створки или одновременно отводить панель и раскрывать створки, вышеуказанные устройства не смогут обеспечить максимальное приближение к штатным условиям невесомости при наземной отработке.

Технической задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей испытательного стенда с максимальным приближением раскрытия створок к реальным условиям при вертикальной схеме полета изделия.

Задача решается тем, что стенд для раскрытия батареи солнечной (БС), состоящий из фермы, неподвижно установленной и закрепленной на основании стенда, в верхней части которой имеется обезвешивающее устройство с шарнирными рычагами, имитирующими кинематические характеристики створок испытуемых панелей БС и соединенными со створками при помощи тросов, отличается тем, что на ферме соосно оси вращения панели БС по тангажу шарнирно установлена технологическая рама с балансировочным грузом и моментом инерции, равным моменту инерции панели БС относительно ее оси вращения, на которой по штатным посадочным местам закреплена панель БС, которая взаимодействует с двухзвенным шарнирным подкосом, второе звено которого закреплено шарнирно на технологической раме, которая снабжена пружиной, взаимодействующей с шарниром подкоса, при этом панель БС и технологическая рама подвижно закреплены на одном валу, который также посредством кулачка, охватывающего вал, взаимодействует с пружинным компенсатором, жестко закрепленным на основании стенда, а троса соединяющие шарнирные рычаги со створками БС снабжены демпферами, причем длины тросов имеют длину не более 0,5 м, а жесткость пружинных компенсаторов рассчитывается по формуле:

где А=G₁-ΔH₁+G₂-ΔH₂ - работа сил тяжести звеньев подкоса при раскладывании;

G₁, G₂ - вес звеньев подкоса;

ΔH₁, ΔН₂ - изменение высоты центра тяжести звеньев подкоса;

Mo=G₁·l₁+G₂·l₂ - начальный момент от веса звеньев подкоса;

l₁, l₂ - плечи силы веса звеньев подкоса относительно оси вращения технологической рамы;

R - радиус сектора кулачка.

На фиг.1 изображен общий вид стенда, с имитацией борта изделия, с батареей солнечной с противовесом и с пружинным компенсатором обезвешивания подкосов.

На фиг.2 вид А с фиг.1

На фиг.3 - прототип.

Испытательный стенд для раскрытия батареи солнечной предлагаемой конструкции (фиг.1) состоит из фермы 1 (опора), установленной на основании стенда 2, технологической рамы 3 (имитирующей борт изделия) с балансировочным грузом 4 и со штатными посадочными местами 5, панели БС 6, установленной соосно с технологической рамой 3 и балансировочным грузом 4, имитирующими поворот панели БС 6 по каналу "тангаж" ("Т"), причем общий момент инерции технологической рамы 3 и балансировочного груза 4 равны моменту инерции панели БС 6 относительно общей оси "Т". На ферме 1 неподвижно закреплена балка 7, на которой установлены шарнирные рычаги 8 со схемой раскрытия и количеством шарнирных рычагов 8 аналогично панели БС 6. Причем к каждому шарнирному рычагу 8 подвешена соответствующая створка БС 6 при помощи троса 9 с демпфером 10, оттарированным под вес соответствующей створки БС 6. На основании стенда 2 установлен пружинный компенсатор, включающий трос 11 и пружину 12, при этом пружинный компенсатор посредством троса 11 взаимодействует с сектором кулачка 13, охватывающего вал 14, на котором подвижно закреплены панель БС 6 и технологическая рама 3. Кулачок 13 крепится к технологической раме 3 неподвижно, но соосно с осью "Т" батареи солнечной 6 и взаимодействует с тросом 11 и пружиной 12, которая закреплена на основании фермы 2. Подкос 15, состоящий из двух звеньев, крепится одним звеном к технологической раме 3, а другим звеном к БС 6. Технологическая рама 3 снабжена пружиной 16, взаимодействующая с шарниром подкоса 15. Длины тросов 9 не должны превышать 0,5 метров, а жесткость пружинных компенсаторов рассчитывается по формуле

Процесс срабатывания стенда происходит в следующей последовательности.

В исходном состоянии панель БС 6 неподвижно закреплена в штатных посадочных местах 5 к технологической раме 3, подвижные створки БС 6 подвешены на тросах 9 к соответствующим шарнирным рычагам 8 с усилием, равным весу данной створки БС 6, установлены в начальном положении и зафиксированы штатными или технологическими замками (на чертеже не показаны). При испытаниях, после срабатывания замков подвижные створки под действием собственных пружин начинают раскрываться, увлекая за собой соответствующие шарнирные рычаги 8. Причем из-за небольшого отставания шарнирных рычагов 8 происходит натяжение троса 9, но при этом дополнительной нагрузки на створки БС 6 не передается, так как это компенсируется соответствующими демпферами 10. После поворота створок БС 6 на определенный угол происходит полная расфиксация панели БС 6 с технологической рамой 3 и она вместе с балансировочным грузом 4, под действием штатной пружины отвода панели начинает отводиться и от фермы 1 и от БС 6.

В процессе отвода технологической рамы 3 начинают раскрываться и подкосы 15, при этом собственный вес подкосов 15 может помогать отводу технологической рамы 3, что недопустимо, поэтому установленный компенсатор с тросом 11, наматываясь на кулачок 13, гасит энергию движения подкосов 15 с помощью пружины 12, которая подобрана таким образом, что работа совершаемая подкосами 15 равна работе совершаемой пружиной 12 с кулачком 13. Весь процесс раскрытия максимально приближен к штатным условиям раскрытия панели БС 6, и в конце движения и створки, и панель БС 6 фиксируются штатными защелками и контролируются телеметрическими датчиками (на чертеже не показаны).

Заявленная конструкция испытательного стенда позволит расширить его эксплуатационные возможности с максимальным приближением раскрытия створок к реальным условиям при вертикальной схеме полета изделия.

Изобретение относится к наземной отработке космической техники и, преимущественно, раскрывающихся конструкций типа батареи солнечной (БС). Стенд содержит ферму, установленную на основании (2), технологическую раму (3) с балансировочным грузом (4) и со штатными посадочными местами (5) панели БС (6). Рама и балансировочный груз имитируют поворот панели БС (6) вокруг оси "Т". Общий момент инерции рамы (3) и груза (4) равен моменту инерции панели БС (6) относительно общей оси "Т". На ферме закреплена балка (7) с шарнирными рычагами (8), имеющими схему раскрытия и количество рычагов - аналогичные панели БС (6). К каждому рычагу (8) подвешена соответствующая створка БС (6) на тросе (9) с демпфером (10). На основании стенда (2) установлен пружинный компенсатор в виде троса (11) и пружины (12), который через трос (11) взаимодействует с сектором (радиуса R) кулачка (13), закрепленного на технологической раме (3). Кулачок охватывает вал (14), на котором подвижно закреплена панель БС (6) и технологическая рама (3). Подкос (15) крепится одним своим звеном к раме (3), а другим - к панели БС (6). Рама взаимодействует с шарниром подкоса (15) пружиной (16). В процессе имитации раскрытия БС трос (11), наматываясь на кулачок (13), гасит энергию движения подкосов (15) с помощью пружины (12). Жесткость пружины подобрана так, чтобы работа, совершаемая подкосами (15), была равна работе пружины (12), создающей момент сопротивления на кулачке (13). В конце раскрытия панель БС (6) фиксируется штатными защелками и контролируется телеметрическими датчиками. Техническим результатом изобретения является максимальное приближение моделируемых условий раскрытия створок БС к реальным условиям невесомости. 3 ил.

Стенд для раскрытия батареи солнечной (БС), состоящий из фермы, неподвижно установленной и закрепленной на основании, в верхней части которой закреплена неподвижная балка с шарнирными рычагами, имитирующими кинематические характеристики створок испытуемых панелей БС и соединенными со створками при помощи тросов, отличающийся тем, что на ферме соосно с осью вращения панели БС по тангажу шарнирно установлена технологическая рама с балансировочным грузом и с моментом инерции, равным моменту инерции панели БС относительно оси ее вращения, на которой по штатным посадочным местам закреплена панель БС, которая взаимодействует с двухзвенным шарнирным подкосом, второе звено которого шарнирно закреплено на технологической раме, которая снабжена пружиной, взаимодействующей с шарниром подкоса, при этом панель БС и технологическая рама подвижно закреплены на одном валу, который также взаимодействует посредством кулачка, охватывающего вал, с пружинным компенсатором, жестко закрепленным на основании, а тросы, соединяющие шарнирные рычаги со створками БС, снабжены демпферами, причем тросы имеют длину не более 0,5 м, а жесткость пружинных компенсаторов рассчитывается но формуле

где А=G₁·ΔH₁+G₂·ΔH₂ - работа сил тяжести звеньев подкоса при раскладывании;
G₁, G₂ - вес звеньев подкоса;
ΔH₁, ΔH₂ - изменение высоты центра тяжести звеньев подкоса;
Mo=G₁·l₁+G₂·l₂ - начальный момент от веса звеньев подкоса;
l₁, l₂ - плечи силы веса звеньев подкоса относительно оси вращения технологической рамы;
R - радиус сектора кулачка.