Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Минимизация избыточной величины крутящего момента в шарнирных узлах многоразового раскрытия-складывания

Авторы

¹С.А. Зоммер, ¹С.И. Немчанинов, ¹А.П. Кравчуновский, ¹А.В. Иванов, ²М.С. Руденко

Организации

¹АO «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва»
г. Железногорск, Красноярский край
²Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнёва
г. Красноярск, Российская Федерация

Аннотация

В работе представлен способ минимизации величины крутящего момента, которую необходимо генерировать для работы шарнирных узлов многоразового раскрытия-складывания. В качестве объектов исследования рассматривались шарнирные узлы механических устройств солнечных батарей многоразового раскрытия-складывания, применяемые в составе платформ космических аппаратов. В результате проведенного расчетного анализа движущих сил и моментов, действующих в шарнирных узлах в процессе их раскрытия и складывания, выявлено, что минимизация избыточной величины крутящего момента без изменения конструктивно-компоновочной схемы шарнирного узла возможна путем изменения формы зависимости усилия пружинного привода от угла поворота шарнирного узла. Рассмотрена возможность применения пружин постоянного усилия в составе пружинного привода шарнирного узла, доработаны существующие алгоритмы проектирования и разработана программа расчета геометрических и механических характеристик пружин данного типа. Получены экспериментальные данные измерений усилий пружин различной конфигурации, показывающие зависимость величины усилия от величины деформации пружины и подтверждающие работоспособность предложенного алгоритма расчета. Разработан и изготовлен прототип шарнирного узла с пружинным приводом постоянного усилия, используя который экспериментально была подтверждена возможность минимизации избыточной величины крутящего момента без необходимости изменения конструктивно-компоновочной схемы шарнирного узла с сохранением его технических характеристик.

Ключевые слова

шарнирный узел, солнечная батарея, космический аппарат, пружинный привод, крутящий момент, расчет пружины

Список литературы

[1] Чеботарев В. Е., Косенко В. Е. Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения : учеб. пособие ; Сиб. гос. аэрокосм. ун-т. Красноярск, 2011. 488 с.

[2] Globus Al. Toward an Early Profitable Power Sat // Space Manufacturing 14: Critical Technologies for Space Settlement – Space Studies Institute. 2010. October 29–31. pp. 1–10.

[3] Лопота В. А., Ермаков П. Н., Фролов И. В. Перспективы развития автоматических космических систем и космических аппаратов // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2011. № 1. С. 5–16.

[4] Немчанинов С. И. Механическое устройство многоразового раскрытия/складывания батареи солнечной // Решетневские чтения : материалы XVIII Междунар. науч.-практ. конф. Красноярск. 2014. Ч. 1. С. 92–94.

[5] Немчанинов С. И., Парафейник В. И., Кузоро В. И. Солнечная батарея космического аппарата. Пат. № 2619158 Российская Федерация, 2017. Бюл. № 14.

[6] Зоммер С. А., Немчанинов С. И, Агеев П. О. Механическое устройство батареи солнечной многоразового раскрытия/складывания // В сб. «Орбита молодежи» и перспективы развития российской космонавтики». 2018. С. 176–178.

[7] Зоммер С. А., Немчанинов С. И., Иванов А. В. Анализ крутящего момента в шарнирных узлах многоразового раскрытия-складывания // Решетневские чтения : материалы XXIV Междунар. науч.-практ. конф. 2020. Ч. 1. С. 80–82.

[8] Крылов А. В., Чурилин С. А. Моделирование раскрытия солнечных батарей различных конфигураций // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2011. № 1. С. 106–112.

[9] Ильясова И. Г. Динамика процесса раскрытия многозвенных солнечных батарей // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королева. 2012. № 4 (35). С. 88–93.

[10] Шатров А. К., Назаров Л. Н., Машуков А. В. Основы конструирования механических устройств космических аппаратов. Конструктивные решения, динамические характеристики : учеб. пособие. 2009. 144 с.

[11] Robert W. P. Torque Loss and Stress Relaxation in Constant Torque Springs // Proceedings of the 3dh Aerospace Mechanisms Symposium. Langley Research Center. 2006. May 17–19. pp. 163–168.

[12] Joel A. J. Development of the Aquarius Antenna Deployment Mechanisms and Spring/Damper Actuator // Proceedings of the 39th Aerospace Mechanisms Symposium. NASA Marshall Space Flight Center. 2008. May 7–9. pp. 235–248.

[13] McGuire J. R., Joseph A. Y. Advances in the Analysis and Design of Constant-Torque Springs // Proceedings of the 39th Aerospace Mechanisms Symposium. 1996. pp. 205–220.

[14] McGuire J. R. Analysis and Design of Constant-Torque Sprinas Used in Aerospace applications. PhD Dissertation. The University of Texas at Austin. December, 1994.

[15] Votta F. A. Jr., Lansdale P. A. The theory and design of Long Deflection Constant Force Spring Elements // Transactions of the ASME. 1952. no. 74. pp. 439–450.

[16] Зоммер С. А., Немчанинов С. И., Иванов А. В. Программа автоматизированного расчета пружин постоянного усилия // Решетневские чтения : материалы XXIV Междунар. науч.-практ. конф. 2020. Ч. 1. С. 83–85.

Цитирование данной статьи

Зоммер С.А., Немчанинов С.И., Кравчуновский А.П., Иванов А.В., Руденко М.С. Минимизация избыточной величины крутящего момента в шарнирных узлах многоразового раскрытия-складывания // Космические аппараты и технологии. 2021. Т. 5. № 1. С. 35-43. doi: 10.26732/j.st.2021.1.04

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.