Дипломчик) (1005967), страница 3
Текст из файла (страница 3)
- угол наклона панелей по отношению к продольной оси объекта;
- угол разворота панелей (вокруг продольной оси штанг).
Расчет эффективной поверхности БС проводился для нескольких положений КА на орбите, с последующим осреднением результатов. Результаты расчетов представлены в таблице №2:
Таблица№2
Наименование БС | Средняя эффективная площадь БС, м2 | |
на ТО | на СО | |
БС1, БС2 | 0,6226 | 0,8932 |
БС3 | 0,1286 | 0 |
БС4-БС7 | 0,3614 | 0 |
Суммарно по БС | 1,1126 | 0,8932 |
Масса СБ определяется исходя из удельных параметров. Для кремниевых СБ удельная масса составляет β= 3,2 кг/м2.
М =S·β= 5,5·3,2=18 кг.
II. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАНЕЛЕЙ БС
2. 1 ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И СИЛОВОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ ПАНЕЛЕЙ СБ.
В качестве прототипа БС используется батарея, разработанная для КА «Гонец-Д1» , но модернизированная в части площади створок, изменения цилиндрической части БС, изменения угла отворота корневых створок (см. рисунок№1). Разрабатываемая БС, в связи с особенностями конструкции каркасов, а также всего КА (ориентация - нижним торцом цилиндров на Землю), при эксплуатации на орбите засвечивается не целиком, а лишь частично и неравномерно, в зависимости от конкретного положения объекта относительно Солнца.
Электрическое соединение БС 1-3 в общую БС осуществляется посредством кабелей, проложенных с тыльной стороны каркасов, а для БС4-БС7 - по штанге, на которой крепятся панели.
Особенностью данной конструкции БС1-БС3 является то, что обе половины каркаса разделены приборным отсеком и разнесены друг от друга. При этом высота каждой части каркаса (605 мм и 705 мм) недостаточна для однорядного размещения последовательных цепей, обеспечивающих требуемое выходное напряжение. В качестве выхода необходимо объединять два соседних набора фотопреобразователей в один общий генератор (так называемое U-образное соединение). Крепление фотопреобразователей к цилиндрическому каркасу осуществляется при помощи герметика УФ7-21, к выносным каркасам - при помощи металлических скобок.
Конструктивно солнечная батарея состоит из следующих основных элементов:
-
двух цилиндрических жестко связанных между собой нетермостатированных каркасов (БС1 и БС2), боковые поверхности которых и торцевая часть верхнего каркаса (БС3) заполнены фотопреобразователями;
-
двух крыльев по четыре панели на каждом (БС4-БС7), лицевые поверхности которых заполнены фотопреобразователями (особо радиационно-стойкие кремниевые ФЭП, легированные литием)
Рисунок1
Общая площадь БС=5,55 м2, в том числе 2м2 на откидных створках. Для обеспечения необходимой ориентации панелей БС относительно Солнца, а также исключения затенения боковой поверхности нижнего каркаса, в каждой корневой панели введены шарнирные устройства, позволяющие поворачивать панели при переходе из стартового положения в рабочее и крылья панелей БС расположены под углом 125 к продольной оси КА. В этом положении обеспечивается оптимальная освещенность Солнцем панелей и боковой поверхности нижнего каркаса. Каркасы панелей СБ представляют собой плоские сварные рамы из алюминиевого профиля П- сечения. Каждый из каркасов имеет две продольные боковые балки (1) и две поперечные балки (3). Кроме того у каркасов имеется две промежуточные поперечные балки (4) и промежуточная продольная балка (2). На каркас натянуто стеклополотно из стеклоткани. К стеклополотну путем подгибания проволочных крючков крепятся фотопреобразователи.
Каркасы концевых панелей жестко соединены с штангой СБ с металлическими скобами, а каркасы корневых панелей- подшипниками.
Осевая сила, действующая на панель БС в направлении оси Х на активном участке полета, воспринимается одним узлом вращения. Боковая сила в направлении оси У, действующая на панель на активном участке полета, воспринимается в двух узлах – один узел вращения и один узел зачековки. Боковая сила в направлении оси Z воспринимается двумя узлами.
Раскрытие панелей СБ осуществляется в условиях невесомости с помощью пружин. На первом этапе после срабатывания пирочек производится раскрытие штанги с панелями солнечных батарей на угол 125º, на втором этапе панели корневого каркаса поворачиваются на угол 180º.
Для каркасов из алюминиевого сплава.
Суммарная масса с фотопреобразователями алюминиевого каркаса равна M=12 кг. Таким образом, масса одной панели БС - M=1.5 кг.
2.2 РАСЧЕТНЫЕ СЛУЧАИ НАГРУЖЕНИЯ.
Выбор расчетных случаев нагружения и величин перегрузок произведен на основании анализа результатов испытаний аналогичных конструкций.
На основании выше сказанного расчетными для установки панелей СБ являются следующие случаи нагружения:
1) Действие инерционных нагрузок на активном участке полета (панели СБ сложены и зачекованы).
Для этого случая нагружения приняты следующие значения расчетных виброперегрузок
nxp=13 и nбокp=7 при коэффициенте безопасности f =1,3.
2) Действие инерционных нагрузок при раскрытии панелей СБ.
Расчетные значения нагрузок для этого случая нагружения при коэффициенте безопасности
f =1,3 будут приведены ниже.
2.2.1. НАГРУЗКИ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА УСТАНОВКУ ПАНЕЛЕЙ БС.
Действие осевой перегрузки nxp=13
Суммарная инерционная сила, действующая на панель БС
PxΣ=M·g·nxp=1.5·9.81·13=193 Н – сила действующая на один узел вращения
Действие боковой перегрузки nyp=7
Суммарная инерционная сила, действующая на панель БС
PyΣ=M·g· nyp =1.5·9.81·7=104 Н
Сила действующая на одну точку крепления
Py= PyΣ/ 2= 52 Н
Действие боковой перегрузки nzp=7
Суммарная инерционная сила, действующая на панель БС
PzΣ=M·g· nzp =1.5·9.81·7=104 Н
Сила действующая на одну точку крепления
Pz= PzΣ/ 2= 52 Н
-
РАСЧЕТ ДИНАМИКИ РАСКРЫТИЯ И НАГРУЗОК ПРИ РАСКРЫТИИ ШТАНГ ПАНЕЛЕЙ БС
A. Раскрытие штанги панелей БС, с установленной на ней антенной, производится пружинными приводами в двух независимых шарнирных устройствах:
-
вокруг оси, перпендикулярной оси штанги, поворот происходит на угол
1 = 125; -
вокруг оси, параллельной оси штанги, - на угол 2 = 180.
Выбор потенциальной энергии пружинных приводов производится по формуле
П = кМс,
Мс= 3 Нм - ожидаемый момент сопротивления в шарнирном узле;
к =2 - коэффициент запаса.
при: 1 = 125; П1 = 13 Дж;
2 = 180; П2 = 19 Дж;
Максимальный момент амортизационных устройств составит:
а1 = 30; Ма = 25 Нм.
а2 = 50; Ма = 22 Нм.
Время перехода штанг панелей БС из транспортировочного положения в рабочее составит:
-
на угол 125 - (1 - 3) с;
-
на угол 180 - (2 - 5) с.
Время затухания колебаний до полной остановки штанг составляет не более 30с
B. РАСЧЕТ ПРУЖИННОГО ПРИВОДА
Исходные данные:
M2=Mприв=3000 Н·мм – максимальный момент пружинного привода, когда антенна находится в исходном положении
М1=k1·М2 =0,65·3000=1950 Н·мм – минимальный момент пружинного привода
φ=180˚- угол закручивания пружины (угол поворота панели СБ)
Расчет:
-
Предельно допустимый крутящий момент М3 (для наибольшей испытательной нагрузки)
М3=k3·М2 =1,15·3000=3450 Н·мм
k3 =1,15
-
Коэффициент жесткости пружины привода, обеспечивающей получение моментов
С | = | М2·(1-k1) | = | 5,8 |
φ |
-
Углы закручивания пружины
αi | = | Мi |
С |
i=1,2,3
α1=336˚
α2=157˚
α3=234˚
IV. ДЕЙСТВИЕ СЖИМАЮЩИХ УСИЛИЙ
Прямоугольная пластинка сжата усилиями, равномерно распределенными по двум противоположным сторонам. Критические напряжения потери устойчивости.
При
V.ДЕЙСТВИЕ КАСАТЕЛЬНЫХ УСИЛИЙ
τкр | = | k·E·δ2 |
b2 |
k=8+5(b/a)2=8.6
τкр=104
VI. ВЫВОДЫ
Анализ конструктивных схем, самой конструкции КА, а также нагрузок, действующих на нее в процессе эксплуатации, показал:
конструкция панелей БС с антенной является новой разработкой;
Штанги панелей БС изготовлены из алюминиевого сплава Амг-6 ОСТ 1 92096-83, для которого:
модуль Юнга Е = 7,2104 МПа;
предел текучести 0.2 = 160,0 МПа;
коэффициент Пуассона = 0,3.
Запас прочности для конструкции, с учетом требований, предъявляемых к ней определялся по формуле:
0.2 /экв 1, где:
- коэффициент запаса прочности;
экв- эквивалентные напряжения в элементах расчетной схемы.
Таким образом, конструкция панелей БС с антенной условиям прочности удовлетворяет.