Стенд для раскрытия батареи солнечной
Владельцы патента RU 2567678:
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)
Акционерное общество "Ракетно-космический центр "Прогресс" (АО "РКЦ "Прогресс") (RU)
Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при проектировании стендов для наземных испытаний трансформируемых конструкций космических аппаратов, раскрывающихся в двух плоскостях, типа батареи солнечной (БС), с максимальным приближением к условиям невесомости. Панель БС и технологическая рама связаны между собой с обеспечением свободы перемещения в продольном направлении относительно друг друга в месте связи. Центр масс сборки «технологическая рама с балансировочным грузом + панель БС без подкосов» совпадает с осью вращения технологической рамы с балансировочным грузом. Вторые звенья подкосов панели БС шарнирно закреплены на вертикальной ферме стенда. Компенсатор выполнен в виде груза, вес которого должен быть таким, чтобы создать вращающий момент, компенсирующий работу сил тяжести звеньев раскладывающихся подкосов. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции стенда и создание условий максимального приближения процесса раскрытия панелей БС в наземных условиях к условиям невесомости. 2 ил.
Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при проектировании стендов для наземных испытаний трансформируемых конструкций космических аппаратов, раскрывающихся в двух плоскостях, типа батареи солнечной (БС), с максимальным приближением к условиям невесомости.
Известен испытательный стенд для раскрытия батареи солнечной (см. патент RU 2468969), состоящий из фермы, неподвижно установленной и закрепленной на основании, в верхней части которой закреплена неподвижная балка с шарнирными рычагами, имитирующими кинематические характеристики створок панели БС и соединенными со створками при помощи тросов, на которой закреплены испытуемая панель БС и соосно с осью вращения панели БС технологическая рама с балансировочным грузом и моментом инерции, равным моменту инерции панели БС, которая взаимодействует с двухзвенным шарнирным подкосом панели БС, второе звено которого шарнирно закреплено на технологической раме, при этом вал вращения технологической рамы взаимодействует через кулачок и трос с пружинным компенсатором устранения влияния веса раскладывающегося подкоса. Конструкция стенда позволяет испытывать БС как с одним подкосом, так и с двумя и более.
Известный испытательный стенд имеет следующие недостатки:
- раскрытие БС происходит по «обратной» схеме, т.к. отводится не панель БС с подкосом, как на реальном космическом аппарате, а технологическая рама, имитирующая борт космического аппарата, с присоединенным к ней подкосом. Панель БС остается закрепленной на ферме стенда и не движется, а раскрываются только створки, из которых состоит панель. Таким образом, в процессе раскрытия панели БС не проверяется влияние деформаций панели на срабатывание защелок створок и подкоса, на саму динамику процесса раскрытия и отвода панели;
- размещение в верхней части фермы стенда системы обезвешивания створок панели БС усложняет его конструкцию, а само наличие системы обезвешивания искажает динамику раскрытия створок из-за присоединения к ним дополнительных инерционных масс в виде шарнирных рычагов и тросов. Система обезвешивания створок необходима, когда панель состоит из большого числа раскрываемых створок или створки имеют большую массу при их малом количестве, т.к. в обоих случаях створки своим весом сильно нагружают каркасы створок и их узлы вращения.
Технической задачей изобретения является максимальное приближение условий раскрытия створок и отвода панели БС к условиям невесомости и упрощение конструкции стенда.
Техническая задача решается тем, что в стенде для раскрытия батареи солнечной (БС), включающем вертикальную ферму, на которой по штатным посадочным местам зафиксирована в исходном положении панель БС, взаимодействующая с двухзвенными шарнирными подкосами, шарнирно установленную технологическую раму с балансировочным грузом, при этом вал вращения батареи солнечной установлен соосно с валом вращения технологической рамы, который охвачен кулачком, взаимодействующим через трос с компенсатором, а панель БС и технологическая рама с балансировочным грузом посредством узлов вращения закреплены в верхней части фермы с обеспечением их совместного вращения при раскрытии панели БС, и связаны между собой с обеспечением свободы перемещения в продольном направлении относительно друг друга в месте связи, центр масс сборки «технологическая рама с балансировочным грузом + панель БС без подкосов» совпадает с осью вращения технологической рамы с балансировочным грузом, при этом вторые звенья подкосов панели БС шарнирно закреплены на вертикальной ферме стенда, а компенсатор выполнен в виде груза, вес которого должен быть таким, чтобы создать вращающий момент, компенсирующий работу сил тяжести звеньев раскладывающихся подкосов, и определяется по формуле
,
где A=Gпод. ΔH - работа сил тяжести одного подкоса при его раскладывании;
n - количество подкосов;
Gпод. - вес подкоса;
ΔH - изменение высоты центра тяжести подкоса;
R - радиус сектора кулачка.
Заявляемая конструкция стенда поясняется чертежами:
- фиг. 1 - общий вид стенда для раскрытия батареи солнечной;
- фиг. 2 - вид А на фиг. 1.
Стенд для раскрытия панели батареи солнечной 1 состоит из фермы 2, неподвижно установленной и закрепленной на полу помещения, в верхней части которой закреплен узел вращения 3 панели СБ 1, а на боковой поверхности фермы 2, имитирующей борт космического аппарата, закреплены штатные узлы фиксации 4 панели БС 1 и один конец двухзвенных подкосов 5, расположенных между панелью БС 1 с валом вращения 6 и фермой 2 в сложенном положении. На ферме 2 шарнирно установлена технологическая рама 7 с балансировочным грузом 8, при этом вал вращения 9 технологической рамы 7 установлен соосно с валом вращения 6 панели БС 1, а технологическая рама 7 и панель БС 1 имеют свободу перемещения в продольном направлении относительно друг друга в месте связи 10. Для компенсации влияния веса звеньев двухзвенных подкосов 5 на процесс раскрытия панели БС 1 на валу (на оси) вращения 9 технологической рамы 7 закреплен кулачок 11, взаимодействующий при помощи троса 12 с компенсатором 13, выполненным в виде груза, вес которого создает момент вращения, выполняющий работу, равную, но противоположную по знаку, работе, совершаемой силами веса раскладывающихся двухзвенных подкосов 5. Вес груза определяется по формуле:
,
где A=Gпод. ΔН - работа сил тяжести одного подкоса при его раскладывании;
n - количество подкосов;
Gпод. - вес подкоса;
ΔН - изменение высоты центра тяжести подкоса;
R - радиус сектора кулачка.
Испытание на раскрытие панели БС 1 происходит следующим образом. В исходном состоянии панель БС 1 подвижно закреплена в верхней части фермы 2 и прижата к ее боковой поверхности, подвижные створки панели БС 1 сложены, панель БС 1 и ее створки зафиксированы штатными или технологическими замками (на чертеже не показаны) в зоне штатных посадочных мест 4, двухзвенные подкосы 5 сложены и занимают положение в соответствии с фиг. 1. Вал вращения 6 панели БС 1 установлен соосно с валом вращения 9 технологической рамы, причем технологическая рама 7 и панель БС 1 связаны между собой и имеют свободу перемещения в продольном направлении относительно друг друга в месте связи 10, а балансировочный груз 8 установлен так, чтобы центр масс сборки «технологическая рама + панель БС без подкосов» совпадал с осью вращения 9 технологической рамы 7. После срабатывания замков подвижные створки панели БС 1 освобождаются и под действием собственных пружин начинают раскрываться, при этом усилия в пружинных приводах вращения створок подобраны так, чтобы сначала, пока оси вращения створок панелей БС 1 оставались вертикальными и вес раскрывающихся створок не создавал паразитного момента, завершилось раскрытие створок, только потом начался отвод панели БС 1. После поворота створок панели БС 1 на определенный угол происходит окончательная расфиксация панели БС 1 от фермы 2, и, после полного раскрытия створок, панель БС 1 вместе с технологической рамой 7 и балансировочным грузом 8 под действием штатной пружины отвода панели БС 1 начинает отводиться от фермы 2. В процессе отвода панели БС 1 начинают раскрываться и подкосы 5, при этом собственный вес подкосов 5 создает тормозящий момент, что недопустимо, поэтому установленный компенсатор 13 с тросом 12, намотанным на кулачок 11, компенсирует тормозящую энергию движения подкосов 5 с помощью своего груза, вес которого подобран таким, чтобы работа, совершаемая грузом, была равна, но противоположна по знаку работе, совершаемой силами веса раскладывающихся подкосов 5. Начало и конец движения, и створок, и панели контролируются телеметрическими датчиками (на чертеже не показаны).
Заявленная конструкция стенда позволяет исключить систему обезвешивания и проводить испытания панелей солнечных батарей сложной конструкции с устранением влияния сил веса как панели, так и складываемых подкосов, что упрощает его конструкцию и создает условия максимального приближения процесса раскрытия панелей батарей солнечных в наземных условиях к условиям невесомости.
Стенд для раскрытия батареи солнечной (БС), содержащий вертикальную ферму, на которой по штатным посадочным местам зафиксирована в исходном положении панель БС, взаимодействующая с двухзвенными шарнирными подкосами, шарнирно установленную технологическую раму с балансировочным грузом, при этом вал вращения батареи солнечной установлен соосно с валом вращения технологической рамы, который охвачен кулачком, взаимодействующим через трос с компенсатором, отличающийся тем, что панель БС и технологическая рама с балансировочным грузом посредством узлов вращения закреплены в верхней части фермы с обеспечением их совместного вращения при раскрытии панели БС, и связаны между собой с обеспечением свободы перемещения в продольном направлении относительно друг друга в месте связи, причем центр масс сборки «технологическая рама с балансировочным грузом + панель БС без подкосов» совпадает с осью вращения технологической рамы с балансировочным грузом, при этом вторые звенья подкосов панели БС шарнирно закреплены на вертикальной ферме стенда, а компенсатор выполнен в виде груза, вес которого должен быть таким, чтобы создать вращающий момент, компенсирующий работу сил тяжести звеньев раскладывающихся подкосов, и определяется по формуле:
,
где A=Gпод.ΔН - работа сил тяжести одного подкоса при его раскладывании;
n - количество подкосов;
Gпод. - вес подкоса;
ΔН - изменение высоты центра тяжести подкоса;
R - радиус сектора кулачка.
