Автореферат (Метрологическое обеспечение автоматизированных измерительно-вычислительных комплексов по определению параметров геометрии масс космических аппаратов)

на правах рукописи ВИДЕНКИН НИКОЛАЙ АНДРЕЕВИЧ Метрологическое обеспечение автоматизированных измерительно- вычислительных комплексов по определению параметров геометрии масс космических аппаратов 05,11.15 — Метрология и метрологическое обеспечение АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 2017 Резник Сергей Васильевич доктор технических наук, профессор Научный руководитель: Мельников Виталий Геннадьевич доктор технических наук, доцент, ФГАОУВО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет ИТМО», кафедра технологии приборостроения Официальные опоненты: Лесниченко Роман Иванович кандидат технических наук, ВА РВСН им.

Петра Великого, кафедра информационно-телеметрического и метрологического обеспечения ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет») Ведущая оранизация: Защита состоится «» 2017 г. в диссертационного совета Д 212.141.18 в Московском техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-ая Бауманская ул., д.5, стр. 1, на заседании государственном Телефон для справок 8 (499) 2б7-09-63. Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по указанному адресу. С диссератацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета им.

Н.Э. Баумана и на сайте ЬтзШ.гц. Автореферат разослан «» 2017 г. Ученый секретарь диссертационного совета Д 21 д.т.н., профессор Цветков 1О.Б. Работа выполнена в Московском государственном техническом университете им, Н.Э. Баумана. ОБЩАЯ ХАРАКТКРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы Надежность системы управления полетом космического аппарата (КА) непосредственно зависит от точности входных технологических параметров, в том числе параметров геометрии масс (ПГМ): массы, положения центра масс (ЦМ), осевых и центробежных моментов инерции (МИ) — компонентов тензора инерции (ТИ). Контроль ПГМ проводится на этапе окончательной сборки КА для установления их действительных значений и проверки соответствия заданным допускам.

Современные стенды контроля ПГМ обладают рядом недостатков. Во-первых, традиционные стенды контроля ПГМ характеризуются низким уровнем унификации и высокой трудоемкостью измерительного цикла, что сопряжено с большими производственными и эксплуатационными затратами. Во-вторых, в комбинированных стендах, разработка которых ведется на протяжении последних десяти лет, выявлены следующие проблемы: российские стенды совмещенного контроля показывают низкий уровень точности, а зарубежные комплексы — высокую стоимость, обусловленную применением дорогостоящих комплектующих: сферических аэростатических подшипников в качестве опор и высокоточных измерительных приборов.

Таким образом, в настоящее время актуально создание автоматизированных измерительно-вычислительных комплексов контроля статических и динамических ПГМ на базе стенда с единой системой базирования, обеспечивающих высокие показатели точности (абсолютная погрешность измерения горизонтальных КЦМ Ю,1 мм, вертикальных Н,О мм, массы Ю,З кг, относительная погрешность измерений осевых МИ ~0,1 О). Существенное сокращение эксплуатационных затрат может быть достигнуто за счет комплексной автоматизации измерений, а фундаментальное снижение стоимости оборудования — заменой дорогостоящих опор на стандартные подшипники качения с сохранением существующих антифрикционных характеристик.

Цель работы заключается в повышении уровня метрологического обеспечения автоматизированных измерительно-вычислительных комплексов контроля параметров геометрии масс космических аппаратов за счет совмещения измерений массы, положения центра масс и компонентов тензора инерции на едином оборудовании, достижения высокого уровня точности измерений каждого из параметров с сокращением эксплуатационных и производственных затрат. Для достижения цели работы поставлены следующие задачи: 1. Провести сравнительный анализ методов измерений ПГМ на предмет их точности, границ применимости, возможности комплексной автоматизации и совместного использования в едином оборудовании. Выбрать и обосновать принципиальную схему комбинированного стенда для измерения статических и динамических ПГМ вЂ” массы, положения ЦМ, осевых МИ и компонентов ТИ.

Разработать методики автоматизированных измерений параметров геометрии масс для выбранной принципиальной схемы, обеспечивающие абсолютную погрешность измерений горизонтальных КЦМ ~0,1 мм, вертикальных Н,О мм, массы Ю,З кг, и относительную погрешность измерений осевых МИ Ю,1',4 для КА в диапазоне масс от 50 до 1000 кг при доверительной вероятности„определенной государственными поверочными схемами для соответствующих величин. 2. Теоретически обосновать и экспериментально отработать способ исключения методических погрешностей измерений ПГМ за счет компенсации негативного влияния диссипативных сил в опоре совмещенного стенда на результаты измерений как статических, так и динамических параметров. 3.

Эмпирическим путем проверить разработанные методики измерений ПГМ на базе опытного образца автоматизированного комбинированного стенда, который реализует описанные подходы, для объектов испытаний в диапазоне масс от 50 до 1000 кг для подтверждения характеристик точности. Тема диссертационной работы отвечает планам работ по реализации задач Федеральной космической программы России на 2011-2020 гг. в рамках следующих опытно-конструкторских работ: «Прогресс АСК», гос. контракт №922-Т507/1! от 23.04.2011, «Балансир», гос. контракт №922-Т378/11 от 15.12.2011, «Центровка>>, гос.

контракт №922- К449/14/74 от 19.02.2014. Предметом исследования является комбинированный высокоточный метод измерительного контроля параметров геометрии масс космических аппаратов, пригодный для комплексной автоматизации. Методы исследования Разработка методик измерений ПГМ проведена с применением аппарата прикладной метрологии, теоретической механики, теории автоматического управления. Для анализа методик и их оптимизации использованы методы имитационного моделирования.

Экспериментальные данные получены в ходе аттестации опытного образца стенда «АМИК» в качестве испытательного оборудования по ГОСТ Р 8.568-97, Научная новизна 1. Впервые разработана методика автоматизированных измерений статических и динамических ПГМ на едином испытательном стенде, учитывающая систематические составляющие погрешностей, обусловленные деформацией оснастки и неопределенностью геометрических характеристик. 2. Впервые разработаны методы снижения случайных составляющих погрешностей измерений компонентов тензора инерции КА за счет оптимизации технологической схемы позиционирования объекта испытаний относительно базовой системы координат стенда. 3. Впервые разработаны методы полного исключения методической погрешности измерений ПГМ, обусловленной негативным влиянием диссипативных сил в опорах комбинированного автоматизированного стенда.

Практическая значимость 1. Впервые теоретически обоснованы и апробированы методики автоматизированного измерения массы, положения ЦМ и компонентов ТИ космических аппаратов на стенде с совмещенной системой базирования; достигнуты высокие показатели точности, которые были ранее характерны для стендов раздельного базирования. Абсолютная погрешность измерений вертикальной КЦМ Н,О мм, горизонтальных ~0,1 мм, массы ~0,3 кг, относительная погрешность измерений МИ Ю,1'О. 2.

Разработаны конструкция„система управления и исполнительные алгоритмы опор автоматизированной компенсации сил трения, применимые для исключения методической погрешности измерений в стендах совмещенного контроля П? М КА в диапазоне масс от 50 до 1000 кг. Их использование сокращает затраты на производство стендов в десять раз в сравнении со стендами, в которых используются аэростатические сферические подшипники. 3. Разработано метрологическое обеспечение автоматизированного стенда контроля ПГМ для изделий в диапазоне масс от 50 до 1000 кг в объеме программы и методики испытаний, реализующее проверку соответствия характеристик стенда требованиям единства и необходимой точности измерений.

4. Разработанные методики были применены в опытном образце стенда автоматизированного контроля ПГМ «АМИК». Проведенная первичная аттестация опытного образца в качестве испытательного оборудования подтвердила метрологическую прослеживаемость результатов измерений и их высокую точность; стенд был признан годным для применения в сфере государственного регулирования. Результаты диссертации использованы в научно-исследовательских и опытна-конструкторских работах по созданию автоматизированных стендов на ФГУП НПО «Техномаш», что отражено в акте о внедрении.

На защиту выносятся: ° Методики автоматизированных измерений параметров геометрии масс, обеспечивающие высокие показатели точности измерений: абсолютная погрешность измерений горизонтальных КЦМ Ю,1 мм, вертикальных Н,О мм, измерений массы ~0,3 кг, относительная погрешность измерений осевых МИ Ю,1',0 для КА в диапазоне масс от 50 до 1000 кг. ° Теоретическое обоснование оптимизации технологической схемы позиционирования изделия при измерениях компонентов ТИ„обеспечивающей минимизацию случайной погрешности измерения углового отклонения главной оси инерции относительно строительной оси.