Другие журналы
Сетевое издание Аэрокосмический научный журнал

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл. № ФС 77-61858. ISSN 2413-0982

Анализ способов демпфирования колебаний крупногабаритных конструкций КА в магнитном поле земли

Аэрокосмический научный журнал # 03, май 2016
DOI: 10.7463/aersp.0316.0841754
Файл статьи: Aersp_May2016_011to025.pdf (1427.20Кб)
авторы: Биюшкина Т. С.1,*, Щеглов Г. А.1

УДК 537.635

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

Известно, что в состав многих современных космических аппаратов входят крупногабаритные антенны. Они крепятся к корпусу космического аппарата при помощи кронштейнов. Размеры рефлекторов антенн могут достигать 30…50 м. Масса таких конструкций может достигать около 200 кг.
Поскольку габариты антенны существенно превосходят размеры корпуса космического аппарата и места крепление кронштейнов к корпусу имеют малую жесткость, обычные демпферы могут оказаться неэффективны. Предложено рассмотреть возможность демпфирования антенны за счет ее взаимодействия с магнитным полем Земли.
Построена простейшая динамическая модель космического аппарата, оснащенного крупногабаритной конструкцией. Космический аппарат представляет собой параллелепипед, к которому с помощью балки крепится антенна.
Для решения модельных задач принята упрощенная модель магнитного поля Земли: однородное, линии напряженности параллельны между собой и ориентированы перпендикулярно плоскости антенны.
Рассматривались две схемы расположения катушки относительно антенны. Вертикальная схема, в которой ось магнитного диполя перпендикулярна плоскости антенны, и горизонтальная схема, в которой ось магнитного диполя лежит в плоскости антенны. Кроме компоновки исследовались два способа магнитного демпфирования колебаний: за счет управляемого тока, подаваемого от системы электропитания космического аппарата, и за счет самоиндукции тока в катушке. Таким образом, были сформулированы четыре задачи.
В каждой задаче составлялось уравнение колебаний. После чего оценивалось отношение амплитуд колебаний и время их затухания. Оказалось, что для каждой задачи нужны определенные параметры, либо самой антенны, ее габаритные размеры и момент инерции, либо катушки и соответственно тока, который подается от космического аппарата. В каждой задаче для этих параметров были найдены диапазоны, при которых можно говорить о том, что демпфирование колебаний будет эффективным.
На основе анализа задач можно сделать вывод о том, что для демпфирования колебаний крупногабаритной антенны может быть использована специализированная система управления. Исполнительными органами в этом случае могут быть катушки. Показано, что эффективное демпфирование возможно в том случае, если учитываются определенные параметры системы.

Список литературы
  1. Large Space Apertures Workshop. Overview // Keck institute for space studies: веб-сайт. Режим доступа:http://www.kiss.caltech.edu/workshops/apertures2008/ (дата обращения: 01.05.16)
  2. Anthony Raab. Deployable double-membrane surface antenna. PatentUS 5777582 A. 07.07.1998. Режим доступа: https://www.google.si/patents/US5777582 (Дата обращения: 05.05.16).
  3. Зимин В.Н., Крылов А.В., Мешковский В.Е., Сдобников А.Н., Файзуллин Ф.Р., Чурилин С.А. Особенности расчета раскрытия крупногабаритных трансформируемых конструкций различных конфигураций // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 10. С. 179–191. DOI: 10.7463/1014.0728802
  4. Mark W. Thomson, Geoffrey W. Marks, John M. Hedgepeth. Light-weight reflector for concentrating radiation. PatentUS 5680145 A. 21.10.1997.  Режим доступа: http://www.google.com/patents/US5680145 (дата обращения: 05.05.16).
  5. H. Kohata, M. Usui, K. Sunagawa, T. Hamaki, Y. Yamasa. In-orbit Electrical Performance of Large Deployable Reflector and Communications Experiments on ETS-VIII // Proceedings of the 26th ISTS (International Symposium on Space Technology and Science), Hamamatsu City, Japan, June 1-8, 2008.
  6. Meguroa, K. Shintateb, M. Usuib, A. Tsujihatab. In-orbit deployment characteristics of large deployable antenna reflector onboard Engineering Test Satellite VIII // Acta Astronautica. 2009. Vol. 65, no. 9–10, pp. 1306–1316. DOI:10.1016/j.actaastro.2009.03.052
  7. J. Santiago-Prowald Large Deployable Antennas Mechanical Concepts // Large Space Apertures Workshop. California Institute of Technology Pasadena, 2008, November 10-11. Режимдоступа:http://www.kiss.caltech.edu/workshops/apertures2008/talks/santiagoprowald.pdf (датаобращения: 08.04.16).
  8. Instrument // Официальный сайт проекта SMAP. Режим доступа:http://smap.jpl.nasa.gov/observatory/instrument/ (дата обращения: 15.04.16).
  9. Peter Xaypraseuth NISAR spacecraft concept overview: Design challenges for a proposed flagship dual-frequency SAR mission // 2015 IEEE Aerospace Conference, 7-14 March 2015. Big Sky, MT. Pp. 1-11.
  10. Satoru Ozawa. 30m class lightweight large deployable reflector // Proceedings of the 5th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP). Rome. 11-15 April 2011. Pp.3354-3358.
  11. Овчинников М.Ю., Пеньков В.И., Ролдугин Д.С., Карпенко С.О. Исследование быстродействия алгоритма активного магнитного демпфирования // Космические исследования. 2012. Т. 50, № 2. С. 176-183.
  12. Santoni F., Zelli M. Passive Magnetic Attitude Stabilization of the UNISAT-4 microsatellite // Acta Astronautica. 2009. Vol. 65, no 5-6. Pp. 792-803. DOI:10.1016/j.actaastro.2009.03.012
  13. Rawashdeh, Samir Ahmed. Passive attitude stabilization for small satellites University of KentuckyMaster's Theses. 2010. Paper 624. Режим доступа:http://uknowledge.uky.edu/gradschool_theses/624 (дата обращения: 21.04.16).
  14. G. Park, S. Seagraves, N.H. McClamroch. A Dynamic Model of a Passive Magnetic Attitude Control System for the RAX Nanosatellite // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference. 2-5 August 2010, Toronto, Ontario Canada AIAA 2010-8154. Режим доступа:https://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/handle/2027.42/83649/AIAA-2010-8154-374.pdf?sequence=1 (дата обращения: 01.05.16).
  15. Stellini J.P. Magnetic Attitude Control for Spacecraft with Flexible Appendages // Master of Applied Science thesis University of Toronto. 2012. 97 p. Режим доступа:https://tspace.library.utoronto.ca/bitstream/1807/33545/3/Stellini_Julian_P_201208_MASc_thesis.pdf (дата обращения: 01.05.16)
  16. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. Издание 7-е, исправленное М.: Наука. 1988. 512 с.
  17. Магнитное поле Земли: Определение модуля горизонтальной составляющей напряженности геомагнитного поля: Учеб.-метод. пособие / Сост. Т.П. Смирнова; НовГУ им. Ярослава Мудрого. Великий Новгород, 2008. 49 с.
  18. International Geomagnetic Reference Field // IUGG: веб-сайт. Режим доступа:http://www.ngdc.noaa.gov/IAGA/vmod/igrf.html (дата обращения: 20.04.16).
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2017 «Аэрокосмический научный журнал» Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)