Способ испытаний аппаратуры космического аппарата на механические воздействия

Авторы патента:

Орлов Александр Сергеевич (RU)

Орлов Сергей Александрович (RU)

G01M7 - Испытание конструкций или сооружений на вибрацию, на ударные нагрузки (G01M 9/00 имеет преимущество)

B64G7 - Имитация космических условий, например для установления условий жизнеобеспечения (тренажеры для обучения или тренировки G09B 9/00)

Владельцы патента RU 2360223:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" (RU)

Изобретение относится к области испытаний аппаратуры космических аппаратов на механические воздействия и может быть использовано при автономных испытаниях аппаратуры. Способ заключается в проведении испытаний на комбинированных режимах. При этом сначала на динамически подобном макете космического аппарата определяют амплитудно-частотные характеристики космического аппарата в местах крепления аппаратуры. Затем выполняют корректировку задаваемых нормированных вибрационных режимов по формуле таким образом, что сформированные комбинированные режимы вибрационных испытаний по методу качающейся частоты перекрывают режимы испытаний на линейные нагрузки в области резонансных частот и больше или равны им в области нерезонансных частот. После этого проводят вибрационные испытания аппаратуры на сформированных комбинированных режимах по методу качающейся частоты. Технический результат заключается в повышении точности испытаний и упрощении самой процедуры проведения испытаний. 2 ил.

При натурной эксплуатации космический аппарат (КА) подвергается различного вида внешним воздействующим факторам: механическим, климатическим, ионизационному излучению и т.д. К механическим воздействиям относят: статические, вибрационные, линейные, ударные нагрузки и акустический шум. Изделия, предназначенные для функционирования в условиях воздействия механических нагрузок, должны быть прочными и устойчивыми при воздействии этих факторов. Эта способность проверяется в процессе проведения испытаний на механические воздействия.

Способы проведения вибрационных испытаний достаточно подробно излагаются в различной литературе. Например, вибрационные испытания по методу качающейся частоты, когда частоту вибрации плавно изменяют в заданном диапазоне частот от нижней границы частоты к верхней и обратно при постоянстве заданных параметров вибрации в течение определенного времени. Испытания на линейные нагрузки проводятся на специальных установках (центрифугах), создающие в горизонтальной плоскости радиально направленные ускорения (Испытательная техника. Справочник в 2-х т. / Под ред. Клюева В.В., т.2. М.: Машиностроение, 1982, стр.8, 287-288, 422-425) - прототип.

Существующие методики проведения испытаний обладают рядом недостатков. Испытания на линейные и вибрационные нагрузки предполагают последовательное их проведение, т.к. проводятся они на различном оборудовании, что существенно увеличивает время испытаний, а наличие двух типов испытательного оборудования значительно удорожают и сами испытания. В то же время воздействия на КА носят комплексный характер (например, линейные и вибрационные нагрузки действуют одновременно). Кроме того, испытания проводятся на нормированных режимах, являющихся усредненными по некоторому классу КА (при этом сами нагрузки могут быть и ниже реально существующих на КА).

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, что позволит более качественно проводить испытания аппаратуры космических аппаратов на вибрационные и линейные нагрузки.

Решение этой задачи достигается тем, что испытания аппаратуры для космического аппарата проводят на комбинированных режимах, при этом сначала на динамически подобном макете космического аппарата определяют амплитудно-частотные характеристики космического аппарата в местах крепления аппаратуры, затем выполняют корректировку задаваемых нормированных вибрационных режимов по формуле

где Ai(ω) - комбинированный испытательный вибрационный режим для аппаратуры в "i" точке космического аппарата;

A_iHop(ω_j) - формируемый нормированный вибрационный режим испытаний для аппаратуры в "i" точке космического аппарата в "j" частотном диапазоне;

- заданный нормированный вибрационный режим испытаний для аппаратуры в "i" точке космического аппарата в "j" частотном диапазоне;

A_kc(ω_j) - заданный нормированный режим для линейных испытаний аппаратуры в "i" точке космического аппарата в "j" частотном диапазоне;

A₀(ω_j) - заданный нормированный вибрационный режим испытаний для космического аппарата в интерфейсе с ракетой-носителем в "j" частотном диапазоне;

k_iПер(ω_j) - коэффициент передачи по вибрационным воздействиям от интерфейса с ракетой-носителем в "j" частотном диапазоне;

N - количество частотных диапазонов,

таким образом, что сформированные комбинированные режимы вибрационных испытаний по методу качающейся частоты перекрывают режимы испытаний на линейные нагрузки в области резонансных частот и больше или равны им в области нерезонансных частот, после чего проводят вибрационные испытания аппаратуры на сформированных комбинированных режимах по методу качающейся частоты.

Суть заявляемого изобретения может быть пояснена следующим образом.

При старте и на участке выведения конструкция КА, его приборы и оборудование испытывают различные механические воздействия, в том числе вибрационные и линейные нагрузки. Оборудование КА должно воспринимать эти воздействия без повреждений. В то же время требования к оборудованию КА формируются на этапе, когда собственно КА еще не существует. Для формирования требований к аппаратуре новых КА используется, как правило, нормативная документация, так как разработка аппаратуры и конструкции выполняется параллельно (иначе процесс разработки затянется на многие годы).

Для получения более достоверной информации о нагрузках вначале выполняется определение амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) КА - аналога в местах установки аппаратуры. Как правило, аналог динамически близок к вновь разрабатываемому КА, поэтому и информация о коэффициентах передачи по КА также будет близка к реальной.

В результате получим набор исходной информации:

1. A_kc(ω) - заданный нормированный режим для линейных испытаний аппаратуры в "i" точке космического аппарата. Этот режим наиболее близок к реально действующим значениям (даже взятый из нормативной документации), т.к. определяется в первую очередь массой всего КА и тягой двигателей ракеты. Во всем частотном диапазоне он имеет постоянную амплитуду ускорения.

2. - заданный нормированный вибрационный режим испытаний для аппаратуры в "i" точке космического аппарата в "j" частотном диапазоне. Этот режим является усредненным и может существенно отличаться от реально действующих нагрузок на аппаратуру конкретного аппарата.

3. k_iПер(ω_j) - коэффициенты передачи по вибрационным воздействиям от интерфейса с ракетой-носителем в "j" частотном диапазоне. Вместе с A₀(ω_j) (заданным нормированным вибрационным режимом испытаний для космического аппарата в интерфейсе с ракетой-носителем в "j" частотном диапазоне) можно получить режимы нагружения в точках установки аппаратуры.

Вот из такого набора исходных данных необходимо сформировать испытательный режим для аппаратуры. Предлагаемый алгоритм заключается в выборе максимальных режимов из набора представленных нагрузок. Такая оценка будет выполнена «сверху», т.е. реальные воздействия не могут превысить сформированный испытательный режим. Кроме того, такой режим будет достаточно близким к реальному воздействию на КА (нормированными остаются нагрузки только в областях нерезонансных частот), а сформированный комбинированный режим испытаний (по вибрации и линейным воздействиям) позволяет проводить испытания на одном оборудовании (вибростенде).

Пример практического исполнения

В процессе модернизации одного из КА серии Глонасс возникла необходимость установки нового навигационного прибора достаточно большой массы и габаритов, изменяющего динамические характеристики КА. Для формирования режимов автономной отработки прибора, расположенного на цилиндрической обечайке системы отделения, было выполнено формирование режимов испытаний согласно рассмотренной выше процедуре. На фиг.1 показана схема вибрационных испытаний КА - 1 по определению АЧХ в местах крепления прибора - 2. В точках крепления установлены датчики ускорений (акселерометры ABC 134) - 3 (по 3 датчика в каждой из 4 точек крепления). Через переходник - 4 КА стыкуется с вибростендом ВЭДС-10000Т - 5. Контроль задаваемого режима испытаний КА осуществляют с помощью акселерометров - 6, установленных в плоскости стыка КА/оснастка.

На фиг.2 для частотного диапазона 100-400 Гц показаны в качестве примера следующие графики:

- а - заданный нормированный режим для линейных испытаний аппаратуры,

- b - заданный нормированный вибрационный режим испытаний,

- с - формируемый нормированный вибрационный режим испытаний для аппаратуры по результатам учета АЧХ КА,

- d - заданный нормированный вибрационный режим испытаний для космического аппарата в интерфейсе с ракетой-носителем.

Формула (*) по этим данным позволила сформировать следующий режим автономных испытаний прибора в частотном диапазоне 100-400 Гц, который и был передан разработчику прибора:

100-270 Гц - 3 g;

270-290 Гц - 4,5 g;

290-400 Гц - от 3 g до 3,7 g (при линейном изменении ускорений по амплитуде и частоте).

Из известных авторам источников информации и патентных материалов не известна совокупность признаков, сходных с совокупностью признаков заявленных объектов.

Способ испытаний аппаратуры на механические воздействия, заключающийся в нагружении аппаратуры заданными нормированными вибрационными и линейными нагрузками, отличающийся тем, что испытания аппаратуры для космического аппарата проводят на комбинированных режимах, при этом сначала на динамически подобном макете космического аппарата определяют амплитудно-частотные характеристики космического аппарата в местах крепления аппаратуры, затем выполняют корректировку задаваемых нормированных вибрационных режимов по формуле

где A_i(ω) - комбинированный испытательный вибрационный режим для аппаратуры в "i" точке космического аппарата;
A_iHop(ω_j) - формируемый нормированный вибрационный режим испытаний для аппаратуры в "i" точке космического аппарата в "j" частотном диапазоне;
- заданный нормированный вибрационный режим испытаний для аппаратуры в "i" точке космического аппарата в "j" частотном диапазоне;
A_kc(ω_j) - заданный нормированный режим для линейных испытаний аппаратуры в "i" точке космического аппарата в "j" частотном диапазоне;
A₀(ω_j) - заданный нормированный вибрационный режим испытаний для космического аппарата в интерфейсе с ракетой-носителем в "j" частотном диапазоне;
k_iПер(ω_j) - коэффициент передачи по вибрационным воздействиям от интерфейса с ракетой-носителем в "j" частотном диапазоне;
N - количество частотных диапазонов,
таким образом, что сформированные комбинированные режимы вибрационных испытаний по методу качающейся частоты перекрывают режимы испытаний на линейные нагрузки в области резонансных частот и больше или равны им в области нерезонансных частот, после чего проводят вибрационные испытания аппаратуры на сформированных комбинированных режимах по методу качающейся частоты.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к исследованию оборудования и может быть использовано для диагностирования технического состояния роторных систем, в частности к выявлению усталостных трещин в оборудовании общего машиностроения или строительных конструкциях, и относится к методам и средствам вибрационной диагностики технического состояния таких систем.

Стенд для испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия приборов и оборудования // 2354951

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытаниях на высокоинтенсивные ударные воздействия различных приборов и аппаратуры. .

Способ испытаний на ударные воздействия космического аппарата // 2354950

Изобретение относится к способам испытаний и может быть использовано для испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия ракетных и космических систем. .

Способ неразрушающего контроля качества железобетонных конструкций блочного типа // 2354949

Изобретение относится к области строительства, в частности к методам неразрушающего контроля и интегральной оценки качества железобетонных конструкций балочного типа при их изготовлении.

Способ испытаний космического аппарата на виброакустические воздействия // 2354948

Изобретение относится к области испытаний космических аппаратов на виброакустические воздействия и может быть использовано при отработочных и приемных испытаниях космического аппарата (КА).

Стенд для испытания шпоночно-шлицевых соединений // 2353916

Изобретение относится к испытательным триботехническим стендам, с помощью которых осуществляются исследования триботехнических характеристик и износостойкости подвижных механических сопряжений.

Способ оценки состояния дорожных конструкций // 2350918

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации автомобильных дорог, а именно к методам и средствам диагностики состояния дорожных конструкций. .

Вибростенд // 2349887

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к оборудованию испытательных вибростендов, и может быть использовано для экспериментального определения динамических и кинематических характеристик испытываемых объектов, элементов и конструкций амортизационных устройств.

Система контроля прочностных свойств крыла летательного аппарата // 2348916

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности, крыла самолета и может быть использовано для контроля прочностных свойств путем замера вибраций консоли крыла непосредственно в полете.

Резонансный стенд // 2348022

Изобретение относится к области испытаний и может быть использовано для проведения испытаний отсеков лопастей рулевого и несущего винтов вертолетов и винтов самолетов на прочность.

Способ определения термического сопротивления экранно-вакуумной теплоизоляции системы терморегулирования космического аппарата при термовакуумных испытаниях // 2355608

Изобретение относится к наземным имитационным испытаниям элементов космической техники и может быть использовано при проектировании и экспериментальной отработке многослойной экранно-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ).

Система для испытаний приборов космического аппарата // 2353562

Изобретение относится к испытаниям элементов космического аппарата, в частности приборов в процессе их термоциклирования. .

Стенд для моделирования системы электропитания космического аппарата // 2349518

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при проектировании системы электропитания космического аппарата. .

Медико-технический модуль наземного экспериментального комплекса для моделирования длительных космических полетов // 2348573

Изобретение относится к области наземного моделирования действующих факторов космического полета и может использоваться для подготовки экипажей пилотируемых космических аппаратов к длительным космическим перелетам на другие планеты, в частности на Марс.

Способ проведения наземного эксперимента, моделирующего пилотируемый полет к марсу // 2348572

Изобретение относится к моделированию действующих факторов длительного космического полета. .

Устройство имитации невесомости механизмов с гибкой конструкцией элементов // 2334970

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для обезвешивания механизмов с гибкой конструкцией элементов при проведении наземных испытаний механизмов, рассчитанных на работу в невесомости.

Аффинная модель жидкостной ракеты // 2331115

Изобретение относится к области физического моделирования, в частности к моделям конструкций ракетно-космической техники, удовлетворяющих требованиям геометрического и конструктивного аффинного подобия их элементов.

Наземный экспериментальный комплекс для моделирования длительных космических полетов, в том числе на марс // 2329184

Изобретение относится к области наземного моделирования факторов космического полета и может использоваться для подготовки экипажей космических аппаратов к длительным перелетам на другие планеты.

Жилой отсек наземного экспериментального комплекса для моделирования длительных космических полетов // 2328418

Изобретение относится к области наземного моделирования факторов космического полета и может использоваться для подготовки экипажей пилотируемых космических аппаратов к длительным перелетам на другие планеты, в частности на Марс.

Способ испытаний космического аппарата на механические воздействия // 2305265

Изобретение относится к области испытаний космических аппаратов на механические воздействия. .

Способ испытаний конструктивных элементов космического аппарата, в частности сотовых панелей, на механические воздействия // 2366914

Изобретение относится к области испытаний и может быть использовано для испытаний на механические воздействия, в частности, сотовых панелей