Просмотр сведений о научной статье
Обложка номера
Заголовок
Обзор методов анализа микровибрацийАвтор
А.П. КравчуновскийОрганизация
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва»г. Железногорск, Красноярский край, Российская Федерация
Аннотация
Известно, что на сегодняшний день проблема микровибраций в конструкциях космических аппаратов является актуальной и широко исследуемой. Работа современных космических аппаратов систем спутниковой геодезии, связи, дистанционного зондирования Земли, космических телескопов связана с использованием бортовой аппаратуры, чувствительной к микровибрации. В большинстве случаев условия для нормального функционирования прецизионной аппаратуры космических аппаратов обеспечиваются за счет работы электромеханических устройств, которые, в свою очередь, являются источниками вибрации. В настоящей статье предпринята попытка осветить основные подходы к анализу микровибраций, которые существуют на данный момент. В этой связи проведен анализ как отечественных, так и зарубежных источников, в которых центральной является проблема анализа микровибраций. Сформулирована проблема микровибраций и ее роль в создании современных космических аппаратов. Приведен литературный обзор по методам и подходам к расчетному и расчетно- экспериментальному анализу микровибраций на космических аппаратах. На основе анализа публикаций по близкой тематике сформулированы задачи, которые должны быть решены в процессе анализа конструкции КА на микровибрации. Выявлены преимущества, недостатки и ограничения существующих подходов и методов.Ключевые слова
космический аппарат, микровибрация, вибрация, виброзащита, частотный диапазонСписок литературы
[1] ECSS-E-HB-32–26A / Space engineering. Spacecraft mechanical loads analysis handbook. ECSS Secretariat. Noordwijk, The Netherlands, 19 February 2013.
[2] Zhang H., Li S., Liu S., Zhang Z. and Wang Y. 2018 Coupled microvibration analysis of space optical load platform. AIAA J. 56(9) doi: org/10.2514/1.J056857.
[3] Alkomy H., Shan J. Modeling and validation of reaction wheel micro- vibrations considering imbalances and bearing disturbances, 2020 J. Sound Vib. 492(3) 1701 doi:10.1016/j.jsv.2020.115766
[4] Геча В. Я., Ефанов В. В., Клишев О. П., Кузнецов Д. А. и др. Влияние вибраций на целевую прецизионную аппаратуру космических аппаратов // Полёт. 2015. № 3. С. 20–24.
[5] Ефанов В. В., Кузнецов Д. А., Цыплаков А. Е., Телепнев П. П. и др. Новый способ снижения вибровозмущений целевой аппаратуры на борту прецизионных космических аппаратов // Космонавтика и ракетостроение. 2014. № 6. С. 80–85.
[6] Кузнецов Д. А., Ермаков В. Ю., Телепнев П. П., Сова А. Н. Предложение по решению проблемы виброзащиты прецизионной оптико- электронной аппаратуры космического аппарата «СПЕКТР-УФ» // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ.М.: ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ». 2013. Т. 135. № 4. С. 17–20.
[7] Кузнецов Д. А. Обеспечение виброзащиты прецизионных космических аппаратов. Часть 1. Корреляционные методы // Вестник НПО им. С. А. Лавочкина. 2020. № 2. С. 67–71.
[8] Кузнецов Д. А. Обеспечение виброзащиты прецизионных космических аппаратов. Часть 2. Конструкционные методы // Вестник НПО им. С. А. Лавочкина. 2020. № 3. С. 46–49.
[9] S De Lellis. A methodology to account for dynamic variability in micro- vibration analysis of satellites. PhD thesis, University of Surrey, Guildford, 2019.
[10] De Lellis S., Stabile A., Aglietti G. S. and Richardson G. A semiempirical methodology to characterise a family of microvibration sources. Journal of Sound and Vibration, 448, 2019.
[11] Zhang Z., Aglietti G. S. and Zhou W. Microvibrations induced by a cantilevered wheel assembly with a soft- suspension system. AIAA journal, 49(5), 2011.
[12] Zhang Z., Aglietti G. S. and Ren W. J. Microvibration model development and validation of a cantilevered reaction wheel assembly. Applied Mechanics and Materials, 226, 2012.
[13] Addari D. A Semi- empirical approach for the modelling and analysis of microvibration sources on- board spacecraft. PhD thesis, University of Surrey, Guildford, 2017.
[14] De Lellis S., Stabile A., Aglietti G. S., Richardson G. A Preliminary Methodology to Account for Structural Dynamics Variability of Satellites in Microvibration Analysis. AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, 2018 doi:10.2514/6.2018–0454
[15] Hodge С., Stabile A, Aglietti G S, Richardson G. The effect of assembly and static unbalance on reaction wheel assembly bearing harmonics. CEAS Space Journal, 13, 2021, pp. 269–289.
[16] Zhou W. Y., Aglietti G. S. and Zhang Z. Modelling and testing of a soft suspension design for a reaction/momentum wheel assembly. Journal of Sound and Vibration, 330(18–19), 2011.
[17] Kim D. K. Micro- vibration model and parameter estimation method of a reaction wheel assembly. Journal of Sound and Vibration, 333(18), 2014.
[18] Zhang Z., Aglietti G. S., Ren W. and Addari D. Microvibration analysis of a cantilever configured reaction wheel assembly. Advances in aircraft and spacecraft science, 1(4), 2014.
[19] Taniwaki S. and Ohkami Y. Experimental and numerical analysis of reaction wheel disturbances. JSME International Journal Series C Mechanical Systems, Machine Elements and Manufacturing, 46(2), 2003.
[20] Piersol A. G., Paez T. L. Harris’ shock and vibration handbook, The McGraw- Hill Companies, Inc. 2010, 1199 p.
[21] Desmet W., Mid- frequency vibro- acoustic modeling: challenges and potential solutions, P. Sas, B. Vanhal (Eds.), Proceedings of ISMA 2002: International Conference on Noise and Vibration, Vols. 1–5, Leuven, Belgium, 2002, pp. 835–862.
[22] Lyon R. H., DeJong R. G. Theory and Application of Statistical Energy Analysis (Buttersworths- Heimann), Boston, MA, 1995.
[23] Remedia M., Aglietti G. S. and Richardson G. A stochastic methodology for predictions of the environment created by multiple microvibration sources. Journal of Sound and Vibration, 344, 2015, pp. 138–157.
[24] Simmons C. "Structure- Borne Sound- Transmission through Plate Junctions and Estimates of Sea Coupling Loss Factors Using the Finite- Element Method." Journal of Sound and Vibration, 1991, 144(2): 215–227.
[25] Steel J. A. and R. J. M. Craik "Statistical Energy Analysis of Structure- Borne Sound- Transmission by Finite- Element Methods." Journal of Sound and Vibration, 1994, 178(4): 553–561.
[26] DeLanghe K., Sas P. et al. "The Use of Wave- Absorbing Elements for the Evaluation of Transmission Characteristics of Beam Junctions." Journal of Vibration and Acoustics- Transactions of the ASME, 1997, 119(3): 293–303.
[27] Fredo C. R. "A SEA-like Approach for the Derivation of Energy Flow Coefficients with a Finite Element Model." Journal of Sound and Vibration, 1997, 199(4): 645–666.
[28] Vlahopoulos N., Zhao X. et al. "An Approach for Evaluating Power Transfer Coefficients for Spot- welded Joints in an Energy Finite Element Formulation." Journal of Sound and Vibration, 1999, 220(1): 135–154.
[29] Xiaoyan Yan. Energy Finite Element Analysis Developments for High Frequency Vibration Analysis of Composite Structures. PhD thesis, The University of Michigan, Ann Arbor, 2008.
[30] Wijker J. Mechanical Vibrations in Spacecraft Design. Springer, 2004. 443 p. doi: 10.1007/978–3–662–08587–5.
[31] Stefanou G. “The Stochastic Finite Element Method: Past, Present and Future,” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 198, no. 12, 2008, pp. 1031–1051. doi:10.1016/j.cma.2008.11.007
[32] Sudret B. and Kiureghian A. D. “Stochastic Finite Element: Methods and Reliability (A State- of- the- Art Report),” Dept. of Civil and Environmental Engineering, Univ. of California, Rept. UCB/SEMM-2000/ 08, Berkeley, CA, 2000.
[33] Papadrakakis M. and Papadopoulos V. “Robust and Efficient Methods for Stochastic Finite Element Analysis Using Monte Carlo Simulation,” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 134, no. 3, 1996, pp. 325–340. doi:10.1016/0045–7825(95)00978–7
[34] Papadrakakis M. and Kotsopulos A. “Parallel Solution Methods for Stochastic Finite Element Analysis Using Monte Carlo Simulation,” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 168, no. 1, 1999, pp. 305–320. doi:10.1016/S 0045–7825(98)00147–9
[35] Remedia M., Aglietti G. S. Modeling micro- vibrations transmission in spacecraft structures. IAC-11.C 2.3.10, 2011.
Цитирование данной статьи
Кравчуновский А.П. Обзор методов анализа микровибраций // Космические аппараты и технологии. 2023. Т. 7. № 4. С. 243-250. doi: 10.26732/j.st.2023.4.02
Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.