Экспериментально-аналитическое обоснование применения зигзагообразных пружин с ослабленными участками в виброзащитных системах космических аппаратов дистанционного зондирования Земли

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Ермаков В. Ю.*, Туфан А. **, Левашкин-Леонов С. В.***

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: v_ermakov2003@mail.ru
**e-mail: anttufan@gmail.com
***e-mail: levashkin.leo.ser@gmail.com

Аннотация

Предложена гибридная виброзащитная система, оснащенная упругими элементами в виде зигзагообразных пружин, изготовленных из изотропных упругих пластин прямоугольной геометрии с перфорированными участками, выполненными в виде круглых отверстий. Проведен анализ критериев и показателей эффективности виброзащитных систем, после чего выполнено математическое моделирование пружин с применением специально разработанного программно алгоритмического обеспечения, позволяющего рассчитывать максимальные эквивалентные напряжения и частоты первых тонов собственных колебаний в конструкции виброзащитной системы с учетом ограничений по прочности и жесткости. Проведены испытания, направленные на снижение уровня вибрационных возмущений, генерируемых устройством с подвижными массами, с последующей оценкой эффективности функционирования виброзащитной системы.

Ключевые слова:

гибридная виброзащитная система, зигзагообразная пружина с ослабленными участками, упругая изотропная пластина прямоугольной геометрии, устройство с подвижными массами, точность пространственного позиционирования космических аппаратов

Список источников

  1.  Ермаков В.Ю., Телепнев П.П. Проектирование устройств гашения колебаний конструкции космических аппаратов // Проектирование автоматических космических аппаратов для фундаментальных научных исследований. 2-е изд., перераб. М.: Изд во МАИ- Принт, 2013. Т. 1. C. 398-429.
  2.  Телепнев П.П., Кузнецов Д.А. Методы виброзащиты прецизионных космических аппаратов / Под ред. В.В. Ефанова. Химки: Изд-во НПО им. С.А. Лавочкина, 2019. 263 с.
  3.  Ермаков В.Ю. Экспериментально-математическое моделирование длинномерной конструкции на основе результатов частотных испытаний // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 3. С. 29-40. DOI: 10.34759/vst-2022-3-29-40
  4.  Балковой Н.Н. Анализ особенностей применения двигателей-маховиков с компенсацией собственных помеховых моментов // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 3. С. 203-211.
  5.  Xiong F., Wang X. Development of a multi-pitch unequal-turn-coil wound rotor for the brushless doubly-fed generator // International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS; 26-29 October 2013; Busan, South Korea). DOI: 10.1109/ICEMS.2013.6754495
  6.  Илюшин П.А., Наумченко В.П., Пикунов Д.Г., и др. Анализ влияния погрешностей начальной выставки и конечной жесткости конструкции на показания бесплатформенной инерциальной навигационной системы с внутренней системой амортизации и демпфирования // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2025. № 1 (150). С. 91–112. EDN: XKXQJW
  7.  Tang G.J., Jiang H.C., He Y.L., et al. Electromagnetic forces and mechanical responses of stator windings before and after rotor interturn short circuit in synchronous generators // Mathematical Problems in Engineering. 2020. Vol. 2020. No. 5, pp. 1-19. DOI: 10.1155/2020/5892312
  8.  Liu C., Jing X., Daley S., et al. Recent advances in micro-vibration isolation // Mechanical Systems and Signal Processing. 2015. Vol. 56. No. 3, pp. 55-80. DOI: 10.1016/j.ymssp.2014.10.007
  9.  Luo Q., Li D., Zhou W., et al. Dynamic modelling and observation of micro vibrations generated by a Single Gimbal Control Moment Gyro // Journal of Sound and Vibration. 2016. Vol. 332. No. 19, pp. 4496-4516. DOI: 10.1016/j.jsv.2013.03.034
  10.  Le M.P., Ellenbroek M.H.M., Seiler R., et al. A full disturbance model for reaction wheels // ASME 2014 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference (17–20 August 2014; Buffalo, New York, USA). Volume 8: 26th Conference on Mechanical Vibration and Noise. DOI: 10.1115/DETC2014-34480
  11.  Longato M.M., Hughes T., Yotov V., et al. Microvibration simulation of reaction wheel ball bearings // Journal of Sound and Vibration. 2023. Vol. 567. No. 26: 117909. DOI: 10.1016/j.jsv.2023.117909
  12.  Bolund B., Bernhoff H., Leijon M. Flywheel energy and power storage systems // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2007. Vol. 11. No. 2, pp. 235-258. DOI: 10.1016/j.rser.2005.01.004
  13.  Maslen E.H., Schweitzer G. (eds) Magnetic bearings: theory, design, and application to rotating machinery. Springer Science & Business Media, 2009. 550 p. DOI: 10.1007/978-3-642-00497-1
  14.  Hu D., Sarosh A., Dong Y.F. A novel KFCM based fault diagnosis method for unknown faults in satellite reaction wheels // ISA Transactions. 2012. Vol. 51. No. 2, pp. 309-316. DOI: 10.1016/j.isatra.2011.10.005
  15.  Герасимчук В.В., Ермаков В.Ю. Система виброизоляции. Патент RU2727918C1. Бюл. № 21, 24.07.2020.
  16.  Ermakov V.Yu., Tufan A., Levashkin-Leonov S.V., et al. Selection of rational design solutions for constructing a spacecraft magnetofluidic vibration isolation system // Aerospace Systems. 2025. DOI: 10.1007/s42401-025-00368-8
  17.  Ермаков И.С., Сухомлинов Л.Г. Расчетный прогноз прочности растягиваемых композитных образцов с набором круговых отверстий в сопоставлении с результатами эксперимента // Космонавтика и ракетостроение. 2023. № 1(130). С. 88-97. 
  18.  Нерубайло Б.В., Ву С.Д. Дифференциальные уравнения физически ортотропных и изотропных цилиндрических оболочек при действии продольных нагрузок // Вестник Московского авиационного института. 2013. Т. 20. № 3. С. 173-185.
  19.  ГОСТ 14959-2016. Металлопродукция из рессорно-пружинной нелегированной и легированной стали. Технические условия. М: Стандартинформ, 2017. 32 с.
  20.  Bashtovoi V., Reks A., Kuzhir P. et al. Effect of magnetophoresis and Brownian diffusion on mechanical processes in magnetic fluids: the role of a condensation phase transition // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2020. Vol. 498. No. 1: 166148. DOI: 10.1016/j.jmmm.2019.166148
  21.  Huang J., Xi J., Yu Z. Study on Micro-vibration Isolation System Design and Validation for the SDLT-1 Satellite of China // Journal of Vibration Engineering & Technologies. 2023. Vol. 11, pp. 3879-3891. DOI: 10.1007/s42417-022-00789-1 

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2025