ГРАНИЦЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ АКТИВНЫХ ВИБРОЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ В УСЛОВИЯХ МИКРОГРАВИТАЦИИ
© В.А.Мелик-Шахназаров, В.И.Стрелов, Д.В.Софиянчук, А.А.Трегубенко
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2017 г.
Квазистатическая компонента микроускорений, лежащая в области частот ~0,01 Гц обусловлена характером орбитального полёта космического аппарата (КА). Её величина и направление зависят от высоты орбиты и ориентации осей КА относительно Земли. Для минимизации её влияния разрабатывается новая конструкция активных виброзащитных устройств (АВЗУ), состоящая из опорной плиты, установленной на ней с помощью упругих элементов несущей плиты с симметрично расположенной группой акселерометров и сервисных движителей. Применение раздельного управления шестью отдельными модами колебаний несущей плиты позволяет скомпенсировать «паразитный» сигнал наклона акселерометров в поле притяжения Земли, что приводит к расширению активного диапазона частот до значений 0,02(0,06)–400 Гц при максимальном коэффициенте подавления колебаний ~60 дБ. Особенно важно, что настройка АВЗУ, разработанных для КА, может производиться в лабораторных условиях в поле притяжения Земли.
Поскольку в новой конструкции АВЗУ шесть цепей управления отдельными модами колебаний несущей плиты независимы (и практически идентичны), для анализа полной конструкции использовалась механическая модель с сосредоточенными элементами и схема с одной степенью свободы.
Разработанные АВЗУ включают следующий ряд конструктивных элементов: механический осциллятор, представляющий собой несущую плиту, установленную на упругих элементах; механические цепи, передающие вибрации на несущую плиту; сервисные движители, представляющие собой электродинамические преобразователи; акселерометры; несущую плиту в качестве резонатора объёмных (поперечных) мод колебаний; электрические цепи. Исследование динамики устройства выполнялось согласно теории цепей, состоящих из определённых динамических звеньев. Получены точные функции передачи отдельных звеньев АВЗУ, позволяющие строить устройства с заданными активным диапазоном частот и максимальным коэффициентом подавления колебаний для авиакосмических применений.
Показано, что система управления разработанного устройства имеет специфический характер, её цепи служат для подавления внешних вибраций, которые являются внесённым сигналом, представляющим собой в стандартных управляющих устройствах помехой. Анализ функционирования АВЗУ показывает, что определяющими в данном случае являются перечисленные выше механические и электромеханические узлы. Для создания электрических цепей имеется хорошо разработанная схемотехника систем управления и регулирования.
Показано, что исходными/определяющими звеньями цепи управления АВЗУ являются сервисные движители, представляющие собой электродинамические преобразователи, нагруженные массивной несущей плитой. Как показали теоретически расчёты и исследования на экспериментальной модели АВЗУ, функции передачи этого динамического звена имеют специфический характер, учёт которых позволяет оптимизировать конструкцию устройства для таких заданных условий, как габариты и масса защищаемого оборудования, активный диапазон частот спектр и уровень шумов основания [1].
Определены требования к элементам конструкции АВЗУ, обеспечивающим работоспособность в условиях микрогравитации на краях заданного активного диапазона частот и коэффициента пропускания. К ним относятся конструкция несущей плиты, в которой при частотах выше ~400 Гц возбуждаются резонансы объёмных (поперечных) колебаний, ограничивающие верхнюю границу активного диапазона частот. Ограничения нижней границы активного диапазона частот связаны главным образом с чувствительностью используемых акселерометров, шумами усилителей и защищённостью от температурных дрейфов.
Литература
1. Мелик-Шахназаров В.А., Стрелов В.И., Софиянчук Д.В., Трегубенко А.А. Функции передачи электродинамических преобразователей в цепях управления активных виброзащитных устройств // Инженерная физика. 2017, №2, с. 20- 26.