Автореферат (1025388), страница 2
Текст из файла (страница 2)
° Научно-методический подход к исключению негативного влияния сил трения в оггорных узлах на точность результатов измерений статических и динамических ПГМ на стенде с совмещенной системой базирования. ° Научно-техническое обоснование принципиальной конструкции автоматизированного измерительно-вычислительного комплекса контроля ПГМ. ° Программные алгоритмы автоматизированных измерений массы, положения ЦМ и компонентов ТИ на совмещенном стенде, обеспечивающие заданные параметры точности, и сокращение испытательного цикла с пяти до одной рабочей смены.
° Результаты испытаний опытного образца автоматизированного стенда контроля ПГМ «АМИК», подтверждающие высокую точность предложенных методов: абсолютные погрешности измерения координат центра масс (КЦМ) ~0,1 ...1,0 мм, массы Ю,З кг, осевых МИ ~0,1'О. Достоверность и обоснованность результатов исследований гарантируется корректностью выбора исходных допущений при постановке задач„ адекватностью применяемых моделей и подтверждается данными физических экспериментов, поставленных на опытном образце автоматизированного стенда контроля ПГМ «АМИК», разработанном ФГУП «НПО «Техномаш».
Личный вклад автора состоит в разработке, теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении эффективности принципиально нового подхода к автоматизированным совмещенным измерениям разнородных ПГМ КА, который обеспечивает повышение точности, снижение эксплуатационных затрат испытаний и производственной стоимости стендов.
Все основные результаты и выводы работы получены лично автором. Апробация основных результатов работы проводилась на научных конференциях и семинарах, в том числе: «Актуальные проблемы российской космонавтики: ХХХУ1 Академические чтения по космонавтике» (Москва, 2012) 111; с<Науки и технологии: ХХХ11 Всероссийская конференция по проблемам науки и технологий» (Миасс, 2012) 12, 41; «Новые технологии: 1Х Всероссийская конференция» (Миасс, 2012) 131; «Новые материалы и технологии для ракетнокосмической и авиационной техники» (Королев, Московская обл., 2013) 151; «Итоги диссертационных исследований: Всероссийский конкурс молодых ученых, посвященного 90-летию со дня рождения академика В.П.
Макеева» (Миасс, 2012) 17, 6]; «Молодежь и будущее авиации и космонавтики» (Москва, 2014) 181; «Состояние и проблемы измерений: Х1И Всероссийская научнотехнической конференции» (Москва, 2015) 1111. Материалы диссертации отражены в тринадцати научных работах, в числе которых три статьи в журналах, рекомендуемых ВАК РФ 19, 10, 131, а также патент на изобретение 1121. Структура и объем работы Работа состоит из 4 глав, выводов к каждой главе„общих выводов, списка литературы и приложения; содержит 128 страниц текста, 50 рисунков, 13 таблиц.
Список литературы включает 104 источника. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, поставлены цели и задачи работы, определено ее содержание, указаны основные положения, выносимые на защиту. Первая глава носит обзорно-аналитический характер. Представлены существующие методы контроля массы, положения ЦМ и компонентов ТИ. Проведен сравнительный анализ для выбора принципиальной схемы стенда контроля ПГМ по следующим критериям: точность метода; диапазон измерений; границы применимости; сложность автоматизации; возможность совмещения или комбинирования; трудоемкость разработки оборудования. В результате анализа был выбран и обоснован в качестве базового для определения статических ПГМ метод уравновешивания в неустойчивом положении.
Для измерения осевых МИ и компонентов ТИ вЂ” метод физического маятника с упругой связью. Вторая глава посвящена разработке методик измерений статических и динамических ПГМ на стенде согласно выбранной базовой схеме. Приведено (5) Яа„.) = (б) где Яа„„,) - среднеквадратическое отклонение измеренного равновесного угла для текущего положения планшайбы; 5(ан) - среднеквадратическое отклонение корректировочной поправки (учет неадекватности математической модели измерений), равно среднеквадратическому отклонению рассчитанного угла равновесия при измерении контрольного приспособления с известными КЦМ. СКО оценки равновесного угла 5(а „;): Получены зависимости для расчета величин суммарных КЦМ системы изделия с адаптером по известным геометрическим параметрам стенда (4т', 5) и величинам измеренных равновесных углов (и,,~...а„я): (1да, + тра, + фа, + тяа,) (фа„+фа„)'+(тра„+ т~а„) (Сяа ~ 1яа 1)(1яа 1 + еа 7 + тра 4 + ~Да 4 ) Уе 7 2 (4) (фа„, + фа„,)'+ (~да„+ тра„4)' (фа,, — фа„,)(фа„+ фа„+ фа,, + фа„,) (тра + таа ) + (тра + сна 4) Доверительные границы результатов измерения Л,, Л„Л, оцениваются по величинам средних квадратических отклонений (СКО) средних арифметических измеряемых КЦМ 5„(х).
5,(у), о'„(г) и неисключенных систематических составляющих погрешностей (НСП) О(х), 0(у), 0(г). к,()=~ ~',~ь„'„з'( „)), где: Ь,р; — частные производные КЦМ по величинам равновесных углов. Среднеквадратические отклонения величин равновесных углов: где ч; — остаточные невязки системы условных уравнений.
0(х)=14 Ь' 0' +Ь О' Ь О' +Ь' О' +О' (8) ГДЕ Кхт~ Ьх~а> ~~хта~ Ьлти> КУт~ ~~УУа~ ~Уеи1 Киа< ~~-„-В, К44~ Кта Кт4 КОЭффИЦИЕНТЫ влияния; О„в, О„, О „О „, Оя„- границы НСП соответствующих переменных. Границы НСП равновесных углов: О„„= О,;„, +О„, +О, +О„'„, (9) где ΄— инструментальная погрешность датчика уровня; 0„~ — НСП косвенного измерения величины угловой деформации платформы в плоскости наклона; величина границы НСП корректировочной поправки О,в (учет неадекватности математической модели).
НСП величин измеренных равновесных углов: О 2 92 «~ "'~ !ад + 92 ~~~~ ~РгУ Рд (10) где В' и В', - определители матриц коэффициентов системы нормальных уравнений, с,.;,, с,р;; - частные производные определителей по элементам. Величины погрешностей для координату и "определяются аналогично. Определение массы изделия проводится методом статического уравновешивания подвижной части стенда с установленным на нее противовесом. Для обеспечения необходимой точности измерений искомых ПГМ был проведен анализ, заключающийся в решении обратной задачи — поиске необходимых величин погрешностей применяемых измерительных средств для объектов испытаний в диапазоне от 50 до 1000 кг.
В результате анализа получены пределы инструментальных погрешностей: О <0,1 кг;9 <30", Он<0,1мм; 9~<0,05 мм; 9„,<10"; О <0,01мм. Согласно выбранной базовой схеме, измерение осевых МИ проводится маятниковым способом (рисунок 2). Величина осевого МИ изделия оценивается по значениям измеренных периодов колебаний Т при известной приведенной жесткости квазиупругой силы С„„: ./;. =(С„„— т„у,соз9,.„,)7'/4л —,У„, — Л7 г'сов~О,,„. (11) СКО среднего арифметического оценки осевого МИ: (12) где 5„(7) — СКО среднего арифметического оценки периода. НСП оценки осевого МИ: О(,У,) =1,4 Ь'„О,„„+Ьь,„В,'„„+адьо, +Ь О'+Ь,О, +Ь,Об+О'„+О'„, (13) где Ь „, Ь,„„, Ь„., Ьг, Ь, Ь,„Ьо — коэффициенты влияния; 9„„„9„„„9„9у-, О„, О,, Оа, О~,„ О», - границы НСП соответствующих элементов.
Х~,~~, Рисунок 2 — Принципиальная схема измерения осевых моментов инерции: 1 — изделие, 2 — адаптер, 3 — подвижная платформа стенда, 4 — колебательный узел Компоненты ТИ,У у КА рассчитываются из системы уравнений из шести МИ, измеренных относительно шести пространственных геометрических осеи: ~,У~а(!р,, Э,.) =,У, (14) /=1 где Э;„!р! — направляющие углы измерительной оси в сферической системе координат, У 'у — рассчитанные компоненты ТИ (у'=У для У„!,у'=2 для У„и т.д.). Необходимое количество осей достигается за счет позиционирования изделия в пространстве относительно оси колебаний с помощью механизма углового смещения в плоскости О,Х,У,.
,У,' = Йе!(Е,) / де!(Р'), (15) где, Š— матрица коэффициентов в системе уравнений (5), Р;,— матрицы коэффициентов в системе уравнений (5), в которых соответственныйу'-ый столбец заменен на столбец решений данной системы уравнений. СКО среднего арифметического оценки компонента ТИ УР: Б„(Л,') = ~.
"(6', I сне~(Г) 5„(.У,)), (16) ~=! где !. ", — частная производная детР,' по .У; (численно равна алгебраическому дополнению элемента Уу матрицы Р;), 5„(.У!) — СКО среднего арифметического оценки осевого МИ,У;. Неисключенная систематическая погрешность измерения компонентов тензора инерции, вызванная погрешностью измерения углов сферической системы координат, задающих направление рассматриваемых осей: 0у,"!= ' ф~(!!'„щг>-!."„!сц!;>!' в,'+(!!',аю(!!-ь"„,ы<!;!)') е';. (!!! ~-.! где УУ', и Е', — частные производные детР,' и де1Г соответственно по д! и Э,. Э„;, Э0у - границы неисключенных систематических погрешностей. Доверительные границы результатов измерения Л~ оценивается по величинам СКО среднего арифметического 5,(У ~у) и НСП В(.УР,): Главные осевые МИ определяются из характеристического уравнения численным подбором с произвольно заданным шагом: х! — 1 х'+у, х -еэ, (18) где Х вЂ” собственное число тензора инерции, У, У.,  — коэффициенты характеристического уравнения.
Неопределенность измерения главных осевых МИ .У0» (У!=1 для,У0,, 1=2 для .У0, Уг=З для,У0,) при выбранном подходе обусловлена погрешностью Л.у измерения компонентов ТИ,У,: где с!, — частные производные собственных чисел Х!„, по у'-ому компоненту ТИ, определяемые при дифференцировании характеристического уравнения, как функции Хь заданной в неявном виде. Направления главных осей инерции определены собственными векторами ТИ для каждого из собственных чисел Х~. Угловое отклонение главной оси инерции от строительной определяется углом нутации ан заданным направлением собственного вектора.
Погрешность измерения угла отклонения а~ обусловлена неисключенной л систематической составляющей погрешности измерения компонентов ТИ .У, и погрешностью измерения главного осевого МИ./от. С20) где а~„— частные производные угла а~ по ~'-ому компоненту ТИ для ~'=1...6 и главному осевому МИ,4~ для у'=О.
Для качественного управления КА значимым результатом измерения параметров ТИ являются направления главных осей инерции. В работе приведено теоретическое обоснование оптимальной схемы позиционирования, при которой погрешность измерений направления главных осей инерции достигает минимального значения. Задача оптимизации состояла в поиске минимума целевой функции (ЦФ) при варьировании значениями направляющих углов р, и 3; шести осей для выбранных принципиальных схем. Конструктивное исполнение стенда позволяет два принципиальных положения осей в пространстве: первое - на поверхности конуса, ориентированного вдоль оси Ох, с центром в точке О и углом раскрытия равным 180'-2 9„,; второе - в плоскости 10у-.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
