Влияние параметров КА на переходные процессы при натурных испытаниях

Проведенный анализ результатов измерений, зарегистрированных при запусках различных КА, показывает существенные различия в значениях продольных перегрузок (п_х), действующих на конструкцию аппарата на одних и тех же этапах выведения.

Степень и характер различий перегрузок не могут быть объяснены только случайностью внешних нагрузок и погрешностями измерения и передачи телеметрической информации.

Для прогнозирования перегрузок на элементах КА на стадии проектных работ необходимо оценить влияние параметров КА на характер продольных колебаний, возникающих при разделении первой и второй ступеней PH.

Переменными в динамической схеме комплекса (предложенной в виде, показанном на рис. 1.10), влияющими на выходные динамические характеристики, являются масса КА, жесткость его подвески на РБ (парциальная частота колебаний КА — ), объем заправки соответствующими компонентами топлива баков РБ.

В процессе исследований произведен расчет для параметрического ряда спутников (2,0; 2,76; 3,8 и 4,5 т) ретрансляции и навигации, как для эксплуатируемых, так и проектируемых. Парциальная частота колебаний КА относительно места крепления с РБ рассматривалась с шагом 5 Гц в диапазоне от 10 до 25 Гц. Заправка баков окислителя и горючего принималась соответствующей выведению КА на заданную орбиту. Расчет проведен для определения перегрузок в двух характерных точках конструкции спутника: на ферме полезного груза (ФПГ) в плоскости крепления КА и РБ и в центре полезного груза (ПГ).

Из характера перегрузок, рассчитанных для ПГ и ФПГ, следует, что возбуждающий сигнал при прохождении через конструкции КА фильтруется и усиливается вследствие динамичности конструкции, что необходимо учитывать в процессе нормирования испытательных воздействий при НЭО.

Для получения оценки динамических характеристик в центры масс КА и в плоскости его стыковки на этапе проектирования или корректировки исходных данных в процессе выполнения работ были построены огибающие предельных значений продольных перегрузок для принятого параметрического ряда КА. Анализ огибающих продольных перегрузок и проведенный спектральный анализ показывают, что для выбранной парциальной частоты КА изменение его массы не приводит к существенным изменениям частотного состава. Аналогичный расчет проведен для парциальных частот КА, равных 10, 20 и 25 Гц.

Предельные значения продольных перегрузок в центре масс КА в зависимости от массы и парциальной частоты, полученные при выполнении работы, сведены в табл. 2.7 и представлены на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Изменение продольных перегрузок в центре масс КА при разделении ступеней PH

Из анализа перегрузок следует, что их уровень существенно (до двух раз) изменяется в зависимости от массы КА, причем в области тона колебаний на частоте 15 Гц перегрузка больше на КА меньшей массы. В низкочастотной и высокочастотной областях рассматриваемого диапазона перегрузки больше на КА большей массы. Значительно изменение продольного ускорения в зависимости от жесткости подвески КА на PH (приблизительно в 2,5 раза для массы КА равной 2,0 т в исследованном диапазоне частот).

Полученная зависимость (см. рис. 2.8) продольной перегрузки в характерных точках конструкции КА от его массы и парциальной частоты определяется динамическими взаимодействиями с элементами PH и представляет практический интерес, позволяя оценить перегрузки на конструкции КА или в местах крепления его приборов на этапах проектных разработок без выполнения сложных расчетов динамики всего космического комплекса. Аналогичная зависимость, полученная для стендов, позволяет, как будет показано ниже, оценить возможности стенда в зависимости от характеристик испытательного макета.

С уменьшением числа значимых элементов динамической модели в 3—4 раза (при переходе от модели КК к модели КА) и заменой смешанной модели пружинно-массовой значительно сокращаются затраты машинного времени ЭВМ. Это позволяет оперативно оценивать продольные перегрузки в узлах крепления приборов и систем при сравнении различных компоновок КА на этапе проектирования.

Таким образом, в ходе проведенных исследований определен тип математической модели КА, разработана структура программного обеспечения для расчета динамических параметров элементов КА в составе КА и на стенде. Определены зависимости уровней перегрузок на элементах КА от массы и предложен способ расчета перегрузок на отдельных элементах КА, уменьшающий объем вычислений.