Розробка методів математичного моделювання керованих процесів формоутворення вантових космічних рефлекторів. Обґрунтування можливості декомпозиції системи рівнянь рівноваги каркасу на незалежні підсистеми для описування окремих формоутворюючих елементів.
У багатьох випадках для вантових космічних рефлекторів доцільна розробка спеціальних систем керування формою, що дозволяють компенсувати викривлення, виникаючі внаслідок дії збурюючих факторів. Вирішення цієї задачі потребує проведення спеціальних досліджень, спрямованих на створення методів математичного моделювання процесів формоутворення, що враховують особливості вантових космічних рефлекторів як обєктів керування. Однак, з огляду на специфіку процесів формоутворення для вантових космічних рефлекторів, узагальнені науково-методичні основи, що їх може бути використано для аналізу та проектування систем керування формою відбиваючої поверхні, на думку автора, розроблені недостатньо. Роботу присвячено проведенню комплексних досліджень процесів формоутворення, спрямованих на розроблення науково обгрунтованих методів моделювання процесів керування формою вантових космічних рефлекторів. Робота виконувалась в рамках досліджень, що проводились в Інституті технічної механіки НАН України і НКА України за фундаментальними науково-дослідними темами 1.3.2.213 "Розробка методів і дослідження динаміки просторово розвинених багатоелементних систем, функціонуючих в екстремальних умовах" (номер держреєстрації 0196V009390, затверджена Бюро Відділення механіки НАНУ на 1996-2000 роки, протокол № 6 від 07.12.95) та 1.3.2.271 "Дослідження вільних і керованих режимів функціонування трансформовних просторово розвинених механічних систем космічного і наземного базування в умовах широкого спектру впливів" (номер держреєстрації 0101V001599, затверджена Бюро Відділення механіки НАНУ на 2001-2005 роки, протокол № 5 від 22.12.2000).Показано, що виникнення нових задач супутникового звязку (швидкісна передача даних, опанування високочастотних діапазонів) обумовлює тенденцію збільшення розмірів бортових рефлекторних антен та досить жорсткі вимоги до точності реалізації форми їх відбиваючої поверхні. Зокрема, декомпозиція системи рівнянь рівноваги вузлів на незалежні підсистеми для окремих меридіанів можлива при наявності у вузлах каркаса люфтів, величина яких визначається робочими режимами функціонування рефлектора, у напрямках, перпендикулярних меридіональним площинам. Отже, задача забезпечення потрібної форми каркасу може бути сформульована як задача забезпечення потрібної форми його меридіональних ланцюгів. Таким чином, для однозначного визначення апроксимуючої поверхні, що відповідає незбуреному стану каркаса, необхідно визначити потрібну відбиваючу поверхню (для симетричного параболічного рефлектора досить задати діаметр рефлектора і кут розкрива рефлектора), кількість елементів меридіонального ланцюга і кількість меридіональних ланцюгів. Зміна зусилля в тросі при переході від номінального стану до поточного обумовлена зміною, зокрема, температурною, ненапруженої довжини троса ("зовнішня" складова ) і зсувом вузла ("внутрішня" складова ): Отримано лінеаризовані рівняння рівноваги меридіонального ланцюга для поточного стану, записані у відхиленнях від номінального стану, що повязують між собою проекції векторів відхилень на вісь абсцис і проекції векторів відхилень на вісь ординат зі змінами ненапружених довжин елементів і "зовнішніх" складових змін зусиль у тросах.Роботу присвячено створенню нових підходів до моделювання процесів формоутворення для забезпечення розробки принципів та синтезу алгоритмів керування формою відбиваючої поверхні вантових космічних рефлекторів та для побудови структури системи керування формою з огляду на можливість її технічної реалізації. Керування формою відбиваючої поверхні дозволить забезпечити стабільність функціональних характеристик вантових космічних рефлекторів в процесі їх експлуатації на орбіті. Для коректного формулювання задачі про керування формою відбиваючої поверхні вантового космічного рефлектора запропонований метод виділення формоутворюючих елементів каркасу (меридіональних ланцюгів) на базі дослідження можливості декомпозиції системи рівнянь рівноваги на незалежні за певних умов підсистеми. Це дає змогу звести задачу забезпечення потрібної форми відбиваючої поверхні вантового рефлектора до сукупності задач незалежного забезпечення конфігурації його формоутворюючих елементів. Розроблено активні та пасивні алгоритми керування формою відбиваючої поверхні рефлектора з урахуванням можливості їх технічної реалізації, використання яких є основою побудови систем керування формою вантових космічних рефлекторів.
План
Основний зміст роботи
Вывод
Роботу присвячено створенню нових підходів до моделювання процесів формоутворення для забезпечення розробки принципів та синтезу алгоритмів керування формою відбиваючої поверхні вантових космічних рефлекторів та для побудови структури системи керування формою з огляду на можливість її технічної реалізації.
1. За результатами аналізу впливу деформацій форми відбиваючої поверхні, викликаних дією збурень, зокрема, температурних, на робочі параметри сформульована задача керування формою. Керування формою відбиваючої поверхні дозволить забезпечити стабільність функціональних характеристик вантових космічних рефлекторів в процесі їх експлуатації на орбіті.
2. Для коректного формулювання задачі про керування формою відбиваючої поверхні вантового космічного рефлектора запропонований метод виділення формоутворюючих елементів каркасу (меридіональних ланцюгів) на базі дослідження можливості декомпозиції системи рівнянь рівноваги на незалежні за певних умов підсистеми. Це дає змогу звести задачу забезпечення потрібної форми відбиваючої поверхні вантового рефлектора до сукупності задач незалежного забезпечення конфігурації його формоутворюючих елементів.
3. З метою проведення досліджень процесів формоутворення обєкта керування - вантового космічного рефлектора - запропоновані дискретна та континуальна розрахункові схеми формоутворюючого елемента. Розроблені відповідні математичні моделі, які дозволяють проводити аналіз впливу збурюючих факторів на викривлення форми та оцінювати ефективність компенсації цих викривлень шляхом керування. Обґрунтуванням достовірності результатів, отриманих з використанням розроблених моделей, є якісна подібність залежностей, що характеризують номінальний і збурений стан меридіонального ланцюга.
4. Створено комплексну чисельно-аналітичну методику дослідження процесів формоутворення та її програмну реалізацію як засіб забезпечення розробки та впровадження систем керування формою. Методика може бути безпосередньо використана в інженерній і конструкторській практиці при проектуванні вантових космічних рефлекторів.
5. Розроблено активні та пасивні алгоритми керування формою відбиваючої поверхні рефлектора з урахуванням можливості їх технічної реалізації, використання яких є основою побудови систем керування формою вантових космічних рефлекторів.
6. Запропоновано конструкцію термокомпенсуючих вставок як елемента пасивного керування формою. Вставки дозволяють забезпечити певний ступінь розміростабільності елементів конструкції вантових космічних рефлекторів.
7. Запропоновано структуру активної системи керування формою відбиваючої поверхні вантового космічного рефлектора та алгоритми вибору параметрів системи. Реалізація системи керування дозволить компенсувати вплив збурюючих факторів та суттєво зменшити викривлення форми відбиваючої поверхні (середньоквадратичне відхилення від потрібної поверхні може бути зменшене в декілька разів).
Список литературы
1. Alpatov A.P., Delamoure V.P., Khramov D.A., Belonozhko P.P. "Dynamics" Experiment. Check of adequacy of matematical models of the highly deformable low-elastic large-area surfaces under microgravity // Космічна наука і технологія. - 2000. Т. 6. № 4. - С. 132.
Внесок здобувача: участь у розробці математичної моделі поверхні, що деформується.
2. Белоножко П.П. Исследование формообразования больших трансформируемых космических рефлекторов каркасно-опорного типа // Техническая механика. - 2003. - № 2. - С. 69 - 78.
3. Белоножко П.П. Моделирование конфигурации формообразующих элементов вантовых конструкций в условиях возмущений // Системные технологии. - 2004. - № 2(31). - С. 35 - 48.
4. Белоножко П.П. Алгоритмы стабилизации формы отражающей поверхности вантового рефлектора // Техническая механика. - 2004. - № 2. - С. 50 - 55.
5. Белоножко П.А., Белоножко П.П., Фоков А.А. Моделирование динамики обособленной меридиональной цепи рефлекторной антенны каркасно-опорного типа // Проблемы управления и информатики. - 2005. - № 1. - С. 115 - 125.
Внесок здобувача: участь у розробці моделі динаміки меридіонального ланцюга, проведення розрахунків.
Внесок здобувача: здійснення інформаційного пошуку, участь у проведенні класифікації конструкцій, визначення тенденцій подальшого розвитку космічних рефлекторів.
7. Алпатов А.П., Белоножко П.П. Обеспечение заданной конфигурации формообразующих элементов вантовых конструкций // Пята Українська конференція з автоматичного керування "Автоматика-98". - Київ, 1998. - Ч. 2. - С. 12 - 17.
Внесок здобувача: розробка математичної моделі формоутворюючого елемента.
8. Alpatov A.P., Belonoshko P.A., Belonoshko P.P. Matematische Modellierung der Konfiguration der formbildenden Elemente der ausgedehnten Weltraumkonstruktionen mit den Tauelementen // Book of Abstracts. Annual Meeting GAMM-99. - Metz (France), 1999. - P. 17 - 18.
Внесок здобувача: моделювання процесів формоутворення, аналіз викривлень конфігурації.
9. Белоножко П.П. К выбору параметров стержневого каркаса трансформируемого космического рефлектора // Восьмая международная конференция "Устойчивость, управление и динамика твердого тела". - Донецк, 2002. - С. 96.
10. Белоножко П.П. Стабилизация формы отражающей поверхности больших трансформируемых космических вантовых рефлекторов каркасно-опорного типа // Четвертая Украинская конференция по космическим исследованиям. - Крым, 2004. - С. 226.
Публікації [1], [7] та [8] увійшли до складу циклу робіт "Розробка методів дослідження статичних і динамічних характеристик космічних апаратів із просторово розвиненими периферійними елементами", за який Білоножку П.П. у складі колективу авторів присуджена премія Президента України для молодих вчених Національної академії наук України 2002 року.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
