Диссертация (Формирование облика стенда бросковых испытаний и полномассового макета спускаемого аппарата для полунатурной имитации посадки на Луну в земных условиях), страница 11

При этом первой парой опорных стоек макета СА считается та параопорных стоек, которая первой входит в соприкосновение с луннойповерхностью. На рисунках 3.34-3.35 по оси абсцисс отсчёт ведётся по номерунаборавыходныхрасчётныхданных(«OutputSet»):каждыйномерсоответствует 0,0004 с реального времени; на оси ординат отмечены значенияосевых усилий, выраженных в кгс.Результаты расчёта конечноэлементной модели макета СА прирасчётном случае «8», а именно: положение макета СА в начальный имаксимальный расчётный момент времени в проекции на плоскость ZX,зависимость осевых усилий в наиболее нагруженных стержнях первой парыопорных стоек макета СА (амортизаторах) от времени, зависимость осевыхусилий в наиболее нагруженных стержнях второй пары опорных стоек макетаСА (амортизаторах) от времени (стоит отметить, что в этом случаерасхождение величин осевых усилий в парных опорах, вызванное влияниемтроса значительнее, чем в расчётном случае 1) – приведены на рисунках 5.275.30.

При этом первой парой опорных стоек макета СА считается та параопорных стоек, которая первой входит в соприкосновение с луннойповерхностью. На рисунках 3.38.-3.39. по оси абсцисс отсчёт ведётся пономеру набора выходных расчётных данных («OutputSet»): каждый номерсоответствует 0,0004 с реального времени; на оси ординат отмечены значенияосевых усилий, выраженных в кгс.На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что при посадкемакета СА на поверхность площадки с грунтовой моделью в земных условиях(работа на стенде) влияние троса на заударное поведение макета СА тембольше, чем больше угол наклона продольной оси макета.100Рисунок 3.25.

Положение макета СА в начальный момент времени впроекции на плоскость XY для расчётного случая «5»Рисунок 3.26. – Раскадровка перемещения САв проекции на плоскость XY для расчётного случая «5»101Рисунок 3.27. Зависимость осевых усилий в наиболее нагруженных стержняхопорных стоек макета СА (амортизаторах) от времени для расчётного случая«5»Рисунок 3.28. Положение СА в начальный момент времени в проекции наплоскость ZX для расчётного случая «6»102Рисунок 3.29.

Раскадровка перемещения САв проекции на плоскость ZX для расчётного случая «6»Рисунок 3.30. Зависимость осевых усилий в наиболее нагруженных стержняхпервой пары опорных стоек СА (амортизаторах) от времени для расчётногослучая «6»103Рисунок 3.31. Зависимость осевых усилий в наиболее нагруженных стержняхвторой пары опорных стоек СА (амортизаторах) от времени для расчётногослучая «6»Рисунок 3.32.

Положение СА в начальный момент времени в проекции наплоскость ZX для расчётного случая «7»104Рисунок 3.33. Раскадровка перемещения САв проекции на плоскость XY для расчётного случая «7»Рисунок 3.34. Зависимость осевых усилий в наиболее нагруженных стержняхпервой пары опорных стоек СА (амортизаторах) от времени для расчётногослучая «7»105Рисунок 3.35. Зависимость осевых усилий в наиболее нагруженных стержняхвторой пары опорных стоек СА (амортизаторах) от времени для расчётногослучая «7»Рисунок 3.36. Положение СА в начальный момент времени в проекции наплоскость XY для расчётного случая «8»106Рисунок 3.37. Раскадровка перемещения САв проекции на плоскость XY для расчётного случая «8»Рисунок 3.38.

Зависимость осевых усилий в наиболее нагруженных стержняхпервой пары опорных стоек СА (амортизаторах) от времени для расчётногослучая «8»107Рисунок 3.39. Зависимость осевых усилий в наиболее нагруженных стержняхвторой пары опорных стоек СА (амортизаторах) от времени для расчётногослучая «8»Сравним полученные результаты по максимальным значениям,возникающих при ударе осевых усилий, в наиболее нагруженных стержняхопорных стоек СА и макета СА (амортизаторах) соответственно. При этом подмаксимальной величиной осевого усилия понимается максимальная поабсолютному значению величина, взятая с соответствующего графика.Для расчётных схем 1(Луна) и 5(Стенд) получим:Pmстaxенд  Рmлуна57902  54307axP 100% 100%  6 ,6%54037РmлунаaxДля расчётных схем 2(Луна) и 6(Стенд) получим:– при ударе первой пары опорPmстaxенд  Рmлуна46286  41511axP  100%  100%  11,5%луна41511Рm ax– при ударе второй пары опорPmстaxенд  Рmлуна71044  62624axP  100%  100%  13,4%луна62624Рm ax108Для расчётных схем 3(Луна) и 7(Стенд) получим:– при ударе первой пары опорPmстaxенд  Рmлуна49427  44169axP  100%  100%  11,9%луна44169Рm ax– при ударе второй пары опорP Pmстaxенд  Рmлуна73414  57559ax100% 100%  27 ,5%57559РmлунаaxДля расчётных схем 4(Луна) и 8(Стенд) получим:– при ударе первой пары опорPmстaxенд  Рmлуна26422  23894axP  100%  100%  10,6%луна23894Рm ax– при ударе второй пары опорPmстaxенд  Рmлуна45347  36230axP 100% 100%  25,1%36230РmлунаaxДля большей наглядности полученных выше результатов в прилагаемыхфайлах представлена 3D анимация процесса взаимодействия СА споверхностью планеты (файлы 01.avi – 04.avi) и макета с поверхностьюплощадки (файлы 05.avi – 08.avi).Очевидно, что при небольших начальных углах наклона продольной осиаппарата, работа макета СА на стенде с приемлемой погрешностьюсоответствует работе СА при посадке на лунную поверхность.

Привозрастании начальных углов наклона продольной оси аппарата погрешностивозрастают.Для сравнения динамики поведения СА на Луне и макета СА на стендерассмотрим линейные перемещения опорных узлов, а именно: зависимостьвектора перемещений опорных узлов первой и второй пар опор, зависимостьвертикального перемещения опорных узлов первой и второй пар опор изависимость вектора перемещений центра масс от времени. При этом109вертикальное перемещение отсчитывается относительно горизонтальнойплоскости для лунных расчётных случаев и относительно номинальнойповерхности стенда (согласно «Предложению по совершенствованиюпрограммы наземной отработки планетных посадочных аппаратов» НПО им.С.А.Лавочкина)длястендовыхрасчётныхслучаев.Результатысравнительного анализа представлены на рисунках 3.40.

– 3.58. , где осьабсцисс соответствует времени в секундах, а ось ординат – перемещению вмиллиметрах.Рисунок 3.40. Зависимость вертикального перемещения опорных узловпервой пары опор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «1»-«5»Рисунок 3.41. Зависимость вектора перемещения опорных узлов первой парыопор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «1»-«5»110Рисунок 3.42. Зависимость вертикального перемещения опорных узловвторой пары опор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «1»-«5»Рисунок 3.43. Зависимость вектора перемещения опорных узлов второй парыопор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «1»-«5»111Рисунок 3.44. Зависимость вектора перемещения центра масс СА/макета САот времени для расчётных случаев «1»-«5»Рисунок 3.45.

Зависимость вертикального перемещения опорных узловпервой пары опор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «2»-«6»112Рисунок 3.46. Зависимость вектора перемещения опорных узлов первой парыопор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «2»-«6»Рисунок 3.47. Зависимость вертикального перемещения опорных узловвторой пары опор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «2»-«6»113Рисунок 3.48.

Зависимость вектора перемещения опорных узлов второй парыопор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «2»-«6»Рисунок 3.49. – Зависимость вектора перемещения центра масс СА/макетаСА от времени для расчётных случаев «2»-«6»114Рисунок 3.50. Зависимость вертикального перемещения опорных узловпервой пары опор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «3»-«7»Рисунок 3.51.

Зависимость вектора перемещения опорных узлов первой парыопор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «3»-«7»115Рисунок 3.52. Зависимость вертикального перемещения опорных узловвторой пары опор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «3»-«7»Рисунок 3.53. Зависимость вектора перемещения опорных узлов второй парыопор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «3»-«7»116Рисунок 3.54. Зависимость вектора перемещения центра масс СА/макета САот времени для расчётных случаев «3»-«7»Рисунок 3.55. Зависимость вертикального перемещения опорных узловпервой пары опор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «4»-«8»117Рисунок 5.56 – Зависимость вектора перемещения опорных узлов первойпары опор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «4»-«8»Рисунок 3.57. Зависимость вертикального перемещения опорных узловвторой пары опор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «4»-«8»118Рисунок 3.58.

Зависимость вектора перемещения опорных узлов второй парыопор СА/макета СА от времени для расчётных случаев «4»-«8»Очевидно, что при небольших углах наклона продольной оси аппарата,поведение макета СА на стенде с приемлемой погрешностью соответствуетповедению СА при посадке на лунную поверхность. При возрастанииначальных углов наклона продольной оси аппарата ошибка возрастает.Дополнительно к представленным расчётным случаям, был рассмотренслучай «8.1» со следующими изменениями:– допускаются перемещения точки подвеса макета СА по направлениюдвижения макета СА;– перемещения точки подвеса макета СА соответствуют перемещениямцентра масс макета СА;–максимальное времярасчётапринималосьравным5с,чтосоответствует времени, через которое макет СА второй раз упадёт наповерхность стенда при условии абсолютно неупругого удара.Характер поведения макета СА при указанных изменениях расчётноймодели приведён на рисунке 3.59.119Рисунок 3.59.

Раскадровка перемещения САв проекции на плоскость XZ для расчётного случая «8.1»Характерповедениямакетаприперемещениипоказывает, что использование блочно-подвесноготочкиподвесамеханизма делаетрезультаты имитационного моделирования на стенде более приближенными креальным условиям посадки.3.2.ПМОбоснование схемы расстановки датчиков на макете3D-моделирования позволяет выявить места менее подверженныедеформации на макете СА. Это позволяет определить расстановку датчиковдля измерения углов ориентации и ускорений СА, определения положенияопор аппарата.

Также и уточнены порядки сил действующий на СА во времяпосадке, на основание чего сформулированы требования регистрирующиеаппаратуре (Рисунок 3.60.). Критерием при выборе мест установкирегистрирующий аппаратуры являлась наименьшая деформации точке прикасании макетом СА поверхности имитирующий грунт.120Рисунок 3.60.

Схема расположения датчиков на ПМ.Микроконтроллер Arduino Mega 2650 с WiFi-модулем и блоком питанияустанавливается в верхней части макета ПМ для обеспечения лучшейбеспроводной передачи данных (Рисунок 3.60.).Один ультразвуковой датчик расстояния устанавливаются снизу ПМ,под центром масс, четыре датчика – в точках крепления каждой опоры (точка1).Четыре инфракрасных датчика расстояния устанавливаются на каждуюопору в точку 1, или ниже, но не на подвижную часть опоры в направлениеточки 0, для измерения динамики работы опор.Для измерения абсолютного ускорения макета ПМ вдоль трех осейакселерометр устанавливается в центре масс или под центром масс.Гироскопы устанавливаются по краям каждой опоры в точке 1 илимежду точками 2 и 3.1213.3.Регистрирующая аппаратура ПМ и стендаСуществуетмножествомикроконтроллеровиплатформдляосуществления регистрации измерений в режиме реального времени, такназываемые «Рhysical Сomputing», Parallax Basic Stamp, Netmedia's BX-24,Phidgets,MIT'sHandyboardфункциональность.Всеиэтимногиедругиеустройствапредлагаютобъединяютсхожуюразрозненнуюинформацию о программировании и заключают ее в простую в использованиисборку [28].Arduino, имеет ряд преимуществ перед другими устройствами [28]: низкая стоимость; кроссплатформенность; простая и понятная среда программирования; программное обеспечение с возможностью расширения иоткрытым исходным текстом; аппаратные средства с возможностью расширения и открытымипринципиальными схемами.Плата Arduino состоит из микроконтроллера Atmel AVR (ATmega328P иATmega168 в новых версиях и ATmega8 в старых), а также элементов обвязкидляпрограммированияиинтеграциис другимисхемами[54].Вмикроконтроллере предварительно прошивается загрузчик BootLoader,поэтому внешний программатор не нужен [28, 54].