Уточнение параметров модели КА в составе виброкомплекса

В процессе исследования взаимного влияния динамических характеристик КА и PH на этапе эксплуатации было отмечено, что при проектировании основными влияющими на результат динамического воздействия факторами являются масса КА и жесткость его подвески на РБ. Это проявляется при натурном соотношении масс PH и КА: соответственно 700 и 2 т при запуске PH “Протон” и 1500 и 4,5 т при запуске PH “Энергия”.

При имитации переходных процессов на испытательном стенде масса КА превышает массу оснастки и подвижных элементов силовозбудителей в 2—5 раз. В связи с совпадением частотного диапазона воздействующего усилия и первых тонов колебаний основных элементов конструкции систем КА (до 30 Гц) динамическая модель на стенде должна учитывать определенное число узлов КА и элементов оснастки. Степень детализации динамической модели может быть определена при рассмотрении какой-либо идеализированной конструкции, как это выполнялось при оценке применяемости метода сосредоточенных параметров для расчета собственных тонов колебаний стержня. Однако, учитывая характерные конструктивно-силовые схемы КА, проведены сравнительные расчеты динамических характеристик КА “Галс” для динамических моделей различной степени детализации. Разработанные динамические модели КА показаны на рис. 2.9, конструктивно-силовая схема испытательного стенда — на рис. 2.10.

На рис. 2.9, а, КА представлен в виде одной сосредоточенной массы с одной упругой связью. Модель, показанная на рис. 2.9, б, соответствует конструктивно-компоновочной схеме КА с учетом масс элементов более 30 кг. Число масс — 15, упругих связей — 15. В модели, представленной на рис. 2.9, в, для антенного блока КА проведена декомпозиция на более мелкие элементы для оценки влияния подобного разбиения на уровень перегрузок в плоскости крепления. Из анализа перегрузок в месте крепления КА, полученных в результате расчетов динамической модели различной степени детализации, следует, что наибольшее различие перегрузок для моделей с числом масс 15 и 1 составляет 35,5 %, а для моделей с числом масс 15 и 19 — менее 5 %.

Из этого следует, что с позиций достаточной точности расчетов и минимальных затрат времени расчетов на ЭВМ достаточно использовать в исследуемой задаче динамическую модель КА с 15 массами и 15 упругими связями (см. рис. 2.9). Допустимая погрешность воспроизведения амплитуды переходных процессов при стендовых испытаниях составляет 40 % и значительно превышает погрешности, возникающие вследствие упрощения динамической модели.

Достоинство выбранной модели в том, что она достаточно точно соответствует конструктивно-компоновочной схеме КА, что позволяет однозначно, в соответствии с конструкцией и компоновкой аппарата, разрабатывать динамические модели модификаций данного аппарата.

Натурные нагрузки на КА в процессе его выведения на орбиту воздействуют на полностью укомплектованный аппарат, собираемый по конструкторской документации. Соответствующая этой комплектации динамическая модель КА рассчитывается при определении натурного воздействия на КА и PH. В процессе НЭО испытываются макеты КА (“отработочные” изделия), объектом испытаний в которых является одна или несколько систем спутника.

Масса макетов КА может составлять от 10 до 100 % полной массы. Кроме того, даже у полностью укомплектованных КА существуют различия центровочно-массовых характеристик, жесткости соединений в пределах допусков на изготовление и сборку, что также приводит к вариациям динамических характеристик КА на испытательном стенде.

Для определения влияния состава объекта испытаний на перегрузки, возникающие при стендовых испытаниях, были рассмотрены три макета КА “Галс”:
- динамический в полной комплектации;
- для испытаний антенно-фидерных устройств (АФУ);
- для испытаний механических узлов АФУ.

Конструктивно-силовая схема динамического макета полной комплектации соответствует таковой КА, запускаемого на орбиту.

В макете для испытаний АФУ отсутствуют панели солнечных батарей. В макете для отработки механических узлов АФУ не установлены панели солнечных батарей (СБ) и приборная рама (РП). Массы рассматриваемых изделий 2420, 2230 и 1530 кг соответственно. Динамические модели макетов показаны на рис. 2.9, а. Расчет динамических характеристик проведен для плоскости стыковки макета с оснасткой (рис. 2.11, 2.12).

Из анализа перегрузок следует, что для рассмотренных динамических моделей КА без БС и РП, отличающихся по массе от КА летной комплектации на 36,8 %, наибольшее отличие перегрузок составило 26 %.

Кроме того, из сравнения характера изменения перегрузок очевидно различие спектрального состава сигналов, что выражено более сложным характером изменения перегрузок для макета КА летной комплектации.

Из вышеуказанного следует, что передаточная функция динамической системы “КА-стенд” существенно зависит от состава макета КА. При НЭО любой элемент КА проходит отработку последовательно: автономно, в составе узла, системы, КА. Для обеспечения повторяемости нагружения данного элемента на . гобой стадии НЭО вне зависимости от комплектации КА или его макетов необходимо проведение предварительного расчета динамики взаимодействия объекта испытаний и испытательного стенда с целью формирования испытательного сигнала, соответствующего натурному нагружению элемента при динамическом взаимодействии КА и PH. Для выполнения этого условия необходимо изменение формирования норм прочности КА при НЭО — в них должно быть внесено положение о проведении расчета нагрузок для каждого макета КА.