УСТРОЙСТВО ОБЕЗВЕШИВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ Советский патент 1996 года по МПК G01M19/00 

Изобретение относится к наземным испытаниям больших космических аппаратов (БКА), имеющих гибкую конструкцию, рассчитанную на работу в невесомости, и может быть использовано для обезвешивания элементов гибкой конструкции с целью устранения ее деформации или разрушения под действием силы земного тяготения, при наземных модальных испытаниях конструкции (определение форм и частот собственных колебаний БКА, а также экспериментального уточнения или идентификации параметров математической модели конструкции БКА на Земле) или при физической отработке и проверке работы системы управления ориентацией на Земле до проведения летных испытаний.

Целью изобретения является расширение диапазона возможных свободных перемещений обезвешиваемого элемента конструкции в горизонтальной плоскости и по вертикали, уменьшение величины присоединенных масс, а также упрощение работы следящей системы по поддержанию постоянного заданного давления газа в камере, создающей вертикально направленную силу.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства обезвешивания элемента конструкции БКА.

Обезвешиваемый элемент 1 конструкции БКА связан (условно) с остальной конструкцией БКА упругой связью 2 и с шестистепенным газостатическим устройством подвеса, содержащим, например, сферическую газостатическую опору 2, плоскую газостатическую опору 4, подпятник 5, который находится в камере 6 с газом под давлением для создания вертикально направленной силы. Камера 6 имеет корпус 7, в ней установлен датчик 8, связанный через блок управления давлением (БУ) 9 с исполнительным органом 10, регулирующим давление в камере 6. Три следящие системы содержат последовательно соединенные датчики перемещений, блоки управления и приводы, а именно, первая датчик перемещения 11, измеряющий относительное перемещение подпятника 5 относительно корпуса 7, БУ 12 для управления приводом вертикального перемещения, привод вертикального перемещения 13, вторая датчик перемещения 14, обезвешиваемого элемента 1 относительно подпятника 5 в горизонтальной плоскости, БУ 15 для управления приводом горизонтального перемещения в радиальном направлении относительно привода 19, привод радиального перемещения 16; третья датчик перемещения 17 обезвешиваемого элемента 1 относительно подпятника 5 в горизонтальной плоскости в направлении, перпендикулярном радиальному, БУ 18 для управления приводом горизонтального перемещения по окружности относительно оси привода 19, привод 19 горизонтального перемещения по окружности.

Предлагаемая конструкция работает следующим образом. Управляя приводами 13, 19 и 16 подводят шаровую опору 3 к обезвешиваемому элементу конструкции 1, который при помощи технологических ограничителей (на фиг.1 не показаны) выдерживается в недеформированном относительно остальной конструкции БКА положении. Это равноценно ненагруженному состоянию упругого элемента (пружин) на фиг. 1. Прикрепляют опору 3 к элементу 1 и освобождают обезвешиваемый элемент 1 от технологических ограничителей. Существенной деформации пружины 2 не происходит, так как элемент 1 начинает опираться на прикрепленное к нему устройство (все воздушные зазоры в газовых опорах выбраны, подпятник 5 опирается на корпус 7, а последний на механические части приводов 16, 19 и 13, находящиеся в заторможенном состоянии). Из фиг. 2 видно, что конструктивно относительное перемещение подпятника 5 относительно корпуса 6 ограничено шириной канавки 2δ₁, а перемещение обезвешиваемого элемента 1 в горизонтальной плоскости размером 2δ₂. Подают в газостатические опоры газ и добиваются, чтобы в них образовались воздушные зазоры, затем подают в газовую камеру 6 газ, и повышая его давление, добиваются, чтобы подпятник 5 не опирался в канавке 2δ₁ на корпус 7. Когда вертикально создаваемая сила в камере 6 превысит вес подпятника 5 со всеми установленными на нем элементами, включая и элемент 1, при этом пружина 2 сжимается и предотвращает дальнейшее движение подпятника 5 вверх (реально такая операция приводит к некоторой деформации конструкции БКА). При помощи привода 13 опускают корпус 7 так, чтобы датчик положения 11 находился в нулевом положении, чему соответствует возможность равного перемещения подпятника 5 вверх и вниз относительно корпуса 7 в интервале канавки 2δ₁.

Включают все три следящие системы с приводами 13, 16 и 19, в результате работы которых корпус 7 устанавливается в пространстве таким образом, что после их отключения обезвешиваемый элемент 1 может совершать перемещение в горизонтальной плоскости в любом направлении на расстояние ±δ₂, а в вертикальном в пределах ±δ₁..

При таком состоянии предлагаемого устройства можно проводить испытания БКА на таких частотах колебаний его конструкции, при которых амплитуды колебаний не превышают расчетных значений ±δ₂, в горизонтальной плоскости и ±δ₁ в вертикальной. Обезвешиваемый элемент 1 может, например, колебаться в вертикальном направлении на пружине 2 с амплитудой не более δ₁, причем его сила веса скомпенсирована вертикальной силой, создаваемой в камере 6, в результате чего деформация пружины 2 не зависит от силы тяжести (как в невесомости).

Из вышеописанного видно, что введение и использование трех следящих систем, в частности их приводов, упрощает подготовку аппаратуры к испытаниям и обеспечивает автоматическую симметричную установку устройства, обезвешивание относительно подвешиваемого тела (позволяет совершать колебания обезвешиваемого элемента 1 около устойчивого положения).

Однако при малых частотах, что имеет место в БКА, амплитуда колебаний точек конструкции может быть большой. В этом случае создавать газостатические опоры на большие диапазоны перемещений сложно, дорого и,кроме того, в ряде случаев невыполнимо из-за малых допустимых значений присоединенных масс. К присоединенным массам в рассматриваемом случае относятся масса подпятника 5 с установленными на нем остальными элементами (кроме самого элемента 1). Эти присоединенные массы должны быть значительно меньше массы элемента 1, т. е. они будут влиять (искажать) на динамику движения самой конструкции БКА (увеличение массы, как правило, приводит к уменьшению частоты собственных колебаний конструкции).

Чтобы исключить при больших амплитудах колебаний обезвешиваемого элемента необходимость в использовании газостатических опор на большие диапазоны и уменьшить присоединенные массы предлагается использовать в этих режимах три вышеописанные следящие системы.

Работа устройства обезвешивания в этом случае происходит следующим образом. Если обезвешиваемый элемент 1 начинает двигаться, например, вниз, то датчик перемещения 11 вырабатывает сигнал, поступающий в БУ 12, который управляет приводом вертикального перемещения 13 таким образом, что корпус 7 также перемещается вниз, т.е. корпус 7 отслеживает за перемещением подпятника 5 и наоборот, при движении элемента 1 вверх. Несмотря на малое возможное относительное перемещение подпятника 5 относительно корпуса 7 (не более 2δ₁) само передвижение элемента 1 может быть значительно больше (определяется допустимым интервалом перемещения по вертикали привода 13). Аналогичный результат получается при движении обезвешиваемого элемента 1 в горизонтальной плоскости. Если он движется в плоскости чертежа, то работает привод 16 и изменяется радиус до оси привода 19, а если элемент 1 движется перпендикулярно плоскости чертежа, то работает как привод 16 так и 19, в последнем случае корпус 7 вращается вокруг оси привода 19.

Работа следящей системы по вертикали (блоки 11, 12 и 13) упрощает работу следящей системы по поддержанию постоянно заданного давления в камере 6. Дело в том, что, если расход газа, подаваемого в камеру 6, мал или вообще отсутствует, то перемещение подпятника 5 относительно корпуса 6 изменяет объем газа, а следовательно, соответствующее давление газа в камере 6. На такие изменения давления следящая система по поддержанию давления должна реагировать и компенсировать их, особенно при больших амплитудах перемещения элемента 1 и неподвижном корпусе 7. Однако при работе следящей системы по вертикали (блоки 11, 12 и 13) относительное перемещение подпятника 5 и корпуса 7 мало, в связи с чем объем газа в камере не изменяется при движении элемента 1. Система по поддержанию постоянного давления в камере 6 в этом случае компенсирует только изменение давления, вызываемого, например, изменением температуры в камере или изменением давления газа, поступающего в камеру.

Следящие системы выдерживают небольшие относительные перемещения обезвешиваемого элемента 1 относительно подпятника 5 в горизонтальной плоскости и самого подпятника 5 относительно корпуса 7 в вертикальном направлении, но они, отслеживая за элементом 1, обеспечивают большие абсолютные диапазоны перемещения этого элемента 1 в пространстве при габаритах шестистепенного газостатического подвеса, допускающих только небольшие относительные перемещения.

Изобретение относится к наземным испытаниям больших космических аппаратов. Цель изобретения - расширение диапазона свободного перемещения обезвешиваемого элемента конструкции, уменьшение присоединенных масс, упрощение работы следящей системы. Устройство содержит шестистепенное газостатическое устройство подвеса, состоящее из сферической 3 и плоской 4 газостатических опор. Подпятник 5 опоры 4 находится в камере 6 с газом под давлением. Камера 6 имеет корпус 7, на котором установлен датчик давления 8, связанный через блок управления 9 с исполнительным органом 10 регулятора давления в камере 6. Три следящие системы содержат последовательно соединенные датчики перемещений, блоки управления и приводы: первая соответственно 11, 12 и 13, вторая - 14,15 и 16, третья - 17,18 и 19. 1 ил.

Устройство обезвешивания элементов гибкой конструкции космического аппарата для наземных испытаний, содержащее шестистепенное газостатическое устройство подвеса, включающее, например, сферическую газостатическую опору, плоскую газостатическую опору, подпятник которой находится в камере с газом, и следящую систему по поддерживанию заданного давления газа, в которую входят последовательно соединенные датчик давления, блок управления и исполнительный орган по регулировке давления, отличающееся тем, что, с целью расширения возможного диапазона свободного перемещения обезвешиваемого элемента конструкции в горизонтальной плоскости и по вертикали, уменьшения присоединенных масс, а также упрощения работы следящей системы по поддержанию заданного давления, введены три следящие системы, обеспечивающие перемещение 6-ти степенного газостатического устройства подвеса соответственно по вертикали и в плоскости горизонта, причем следящая система по вертикали содержит привод вертикального перемещения, соединенный через блок управления с датчиком относительного вертикального перемещения подпятника плоской газовой опоры относительно корпуса камеры с газом, а два привода для горизонтального перемещения соединены через соответствующий блок управления с соответствующим датчиком, измеряющим относительное горизонтальное перемещение обезвешиваемого элемента конструкции относительно подпятника плоской газовой опоры.