Диссертация (Формирование облика стенда бросковых испытаний и полномассового макета спускаемого аппарата для полунатурной имитации посадки на Луну в земных условиях)

СОДЕРЖАНИЕСПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ............................................................................ 5ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................... 6ГЛАВА. 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСАДКИ СПУСКАЕМОГОАППАРАТА НА ПОВЕРХНОСТЬ. ............................................................ 161.1. Состав лунной поверхности............................................................. 161.2. Анализ имеющихся испытательных стендов.................................

181.2.1. Маятниковый стенд ................................................................... 191.2.2. Стенд отработки посадки LAMA ............................................. 201.2.3. 2–х координатный стенд бросковых испытаний .................... 211.2.4. 3–х координатный стенд бросковых испытаний .................... 221.2.5. Наклонный стенд бросковых .................................................... 231.2.6. Сравнительный анализ стендов бросковых испытаний ........

251.3. Требования к стенду наклонных испытаний ................................. 271.4. Выводы по разделу ........................................................................... 29ГЛАВА. 2. ФОРМИРОВАНИЕ ОБЛИКА СТЕНДА БРОСКОВЫХИСПЫТАНИЙ...............................................................................................

312.1. Системы координат .......................................................................... 312.2. Дифференциальные уравнения движения СА ............................... 342.3. Силовые факторы, действующие на СА в момент посадки напланету со стороны грунта. ...................................................................... 362.4. Силы, действующие со стороны амортизаторов ........................... 382.5. Силы, действующие на СА на стенде. ............................................

392.6. Моделирование динамики посадки на поверхность Луны .......... 402.7. Моделирование динамики посадки на наклонном стенде ........... 502.8. Сравнительный анализа результатов и формирование обликастенда ..........................................................................................................

592.8.1. .Проектные параметры стенда для отработки динамики посадкиСА. ............................................................................................................ 5922.8.2. Проектные параметры блочно-подвесного механизма..........

602.8.3. Механизм сброса ........................................................................ 602.8.4. Проектные параметры площадки, имитирующей грунт ....... 612.8.5. Устройство для крепления макета ........................................... 622.9. Выводы по разделу ........................................................................... 63ГЛАВА. 3. АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ПОСАДКИ СА СРЕДСТВАМИ 3DПРОЕКТИРОВАНИЯ ................................................................................... 643.1.

Методика применения пакетов 3D проектирования для описаниядинамики посадки посадочного СА ........................................................ 653.1.1. Создание несущего эскиза макета лунного посадочногомодуля. ..................................................................................................... 673.1.2.

Создaние твеpдотельной пapaметpической модели макеталунного посадочного модуля................................................................. 683.1.3. Используемые средства и методы при создании макеталунного посадочного модуля................................................................. 743.1.4.

Создание сборки макета лунного посадочного модуля ......... 753.1.5. Управление моделью с помощью дерева построений ........... 763.1.6. Средства визуализации.............................................................. 763.1.7. Использование дополнительных приложений Solidworks .... 773.1.8. NX Nastran .................................................................................. 783.1.9.

Математическое моделирование динамики посадки сиспользованием средств 3D проектирования ...................................... 853.2. Обоснование схемы расстановки датчиков на макете ПМ ........ 1203.3. Регистрирующая аппаратура ПМ и стенда .................................. 1223.4. Аппаратура измерений ................................................................... 1223.4.1. Датчики расстояния ................................................................. 1223.4.2. Трехосевые акселерометры MMA7341L и MMA7361L ......

1233.4.3. Трехосевой гироскоп L3GD20 ................................................ 1253.4.4. Сохранение и передача телеметрической информации....... 12933.4.5. Постоянно-запоминающее устройство и беспроводнаяпередача информации посредством WiFi модуля ............................. 1303.5. Управление ходом эксперимента и периферийные устройства 1323.6. Выводы по разделу ......................................................................... 133ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...........................................................................................

134БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ....................................................... 1364СПИСОК СОКРАЩЕНИЙЕСКД – Единая система конструкторской документацииКА – космический аппаратКЭ – конечно элементнаяКЭМ – конечно-элементная модельМЭМС – микроэлектромеханические системыНПО – научно-производственное объединениеОЗУ – оперативное запоминающее устройствоПК – персональный компьютерПМ – посадочный модульПО – программное обеспечениеПУ – посадочное устройствоСА – спускаемый аппаратСАПР – система автоматизированного проектированияСК – система координатСЛАУ – система линейных алгебраических уравненийЧПУ – числовое программное управление5ВВЕДЕНИЕАктуальность темы работы обусловлена требованиями федеральнойкосмической программы РФ на 2016–2025 годы, предусматривающей запускне менее 5 космических аппаратов (КА) для углубленных исследований Луны,как с орбиты, так и с ее поверхности. Сложность процессов, происходящихпри отработке безопасной посадки КА, требует проведения полунатурныхиспытаний, вследствие недостаточной адекватности моделей аналитическихисследований.

Одним из способов, позволяющих оценить конструктивныеособенности посадочного модуля КА, совместное использование натурного иматематического моделирования в рамках единого стенда полунатурногомоделирования мягкой посадки на поверхность Луны, методике разработки,которого посвящена представляемая диссертационная работа.Кроме этого анализ публикаций на данную тему и результаты работ,выполненныхавторами:О.М.

Алифановым,А.Г. Арутюняном,В.И. Баженовым, В.Н. Бакулиным, В.А. Воронцовым, Е.И. Григорьевым,А.М. Защиринским,К.М. Пичхадзе,В.П. Казаковцевым,П.А. Пономаревым,В.В. Коряновым,О.А. Сапрыкиным,М.И Осиным,В.С. Финченкопозволил определить основные особенности построения стенда и макетаспускаемого аппарата (СА) для полунатурных испытаний, а также путиисследований, направленных на определение общих принципов и методоврешения поставленной задачи. В работах этих авторов излагалисьтеоретические основы и методы моделирования посадки на поверхностьпланеты, динамики грунта, основные принципы методики проведенияиспытаний в земных условиях.Все вышесказанное подчеркивает актуальность выбранной темыдиссертации, в которой была получена методика разработки стендаполунатурного моделирования мягкой посадки на Луну.6Объектомисследованиявдиссертационнойработевыступаетмаятниковый стенд бросковых испытаний для полунатурной отработкидинамики посадки СА в земных условиях.Предметом исследования диссертационной работы является компоновкастенда отработки динамики мягкой посадки.Цель и решаемые задачи диссертационной работы заключаются всоздании методики разработки стенда полунатурного моделирования мягкойпосадки на поверхность планеты.В процессе выполнения диссертационной работы на основе анализапричин возникновения нештатных ситуаций при мягкой посадке предложенаметодика разработки стенда полунатурного моделирования мягкой посадки наповерхность Луны и решены следующие задачи: выбраны основные направления отработки мягкой посадки вземных условиях; сформированы требования к средствам наземной отработкипосадки на поверхность Луны; разработана математическая модель движения СА на стенде иповерхности Луны; разработана модель имитации грунта и цифровая модельместности; сформированы критерии оценки различных моделей движенияСА, используемых в разработанной методике; разработанаметодикапостроениястендаполунатурногомоделирования для отработки динамики посадки на поверхностьЛуны.Методами исследования, применяемыми в работе, являются методыматематическогомоделирования,программирования,теоретическоймеханики, математического анализа, в качестве методологической основыиспользуется системный подход.

На нем основывается принцип создания7системыдляпроведенияполунатурныхпрограммно–математическогообеспеченияиспытаний.Прииспользуютсясозданииобъектно–ориентированные языки программирования мультизадачной операционнойсистемы Windows.Научная новизна результатов. В работе получены новые научнообоснованные технические решения, обладающие новизной и научнойзначимостью:1. Обоснована целесообразность использования полномассового макетапосадочного модуля и проведены испытания с использованиемброскового наклонного стенда;2.