Реферат 2
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСАДКИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 10
1.1 Способы моделирования процесса мягкой посадки 12
1.2 Факторы, определяющие динамику посадки лунного модуля 16
2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 20
2.1 Физическая постановка задачи 20
2.2 Математическая постановка задачи 233
3 МЕТОД КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 26
4 СОЗДАНИЕ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ 28
4.1 Построение геометрической модели 28
4.2 Определение типа элементов и задание материала 30
4.3 Определение контакта. Начальные условия 32
4.4 Анализ пружины 33
5 РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ 36
5.1 Моделирование с различными начальными скоростями 37
5.2 Моделирование с различными зависимостями удлинения троса от
прилагаемой силы 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 49
Экстремальные условия работы элементов современных конструкций, сложность их формы и большие габариты делают исключительно трудным и дорогим осуществление натурного или полунатурного эксперимента [1]. Примером таких конструкций могут служить космические посадочные аппараты (КПА). В соответствии с требованиями Федеральной космической программы России [2] до 2025 года предусмотрено создание не менее 5 космических аппаратов для проведения углубленных исследований Луны с окололунной орбиты и на её поверхности автоматическими космическими аппаратами, а также для доставки образцов лунного грунта на Землю.
Проведение оценок конструктивных особенностей модуля КПА невозможно без совершенствования и автоматизации процесса проектирования. Для этого применяется комплексное использование натурного и математического моделирования в рамках единого стенда моделирования мягкой посадки на поверхность Луны. Такой подход позволяет оптимизировать процесс проектирования конструкции, а именно определить необходимые размеры, выбрать материалы и оценить их сопротивление внешним воздействиям. Кроме того, при проектировании КПА изучение посадки на планеты в наземных условиях возможно только лишь с помощью компьютерного моделирования, которое является единственным средством, позволяющим качественно и количественно воспроизвести процесс и распространить полученные результаты на натурные явления [3].
Теоретические основы и методы моделирования посадки на поверхность Луны и динамики грунта, а также основные способы проведения испытаний и их особенности в земных условиях представлены в работах В.И. Баженова, М.И. Осина, Р. Хильдермана, В. Мюллера, М. Мантуса,
B. В. Малышева, А.В. Старкова, М.А. Титкова, П.А. Абросимова,
C. Ю. Шмигирилова, В. Роджерса А.Г. Галеева, Ю.В. Захарова,
В.П. Макарова [3-9]. Анализ указанных работ позволил определить основные особенности построения испытательного стенда и макета КПА для испытаний, а также общие принципы и методы, используемые для моделирования испытательного стенда.
Объектом данного исследования является воспроизведение динамики посадочного модуля на поверхности Луны в наземных условиях. Предметом исследования является стендовое моделирование мягкой посадки КПА в наземных условиях.
Целью данной работы является воспроизведение динамики посадочного модуля на поверхности Луны. Для достижения поставленной цели были сформулированы задачи:
• построение конечно-элементной модели стенда для воспроизведения динамики КПА,
• проведение расчетов процесса посадки КПА в лунных условиях,
• проведения расчетов процесса посадки КПА на макете в земных условиях,
• анализ полученных результатов.
Методами исследования, применяемыми в работе, являются методы математического моделирования, теоретической механики, математического анализа.
Моделирование будет проводиться на основе программного комплекса ANSYS Mechanical APDL. Он широко используется для оценки, исследования и оптимизации элементов космических аппаратов в компьютерной среде. В основе указанного программного комплекса лежит метод конечных элементов (МКЭ), который, как указано в работе [1], является наиболее распространенным и достаточно универсальным методом анализа напряженно-деформированного состояния.
Достоверность полученных результатов подтверждается
корректностью физической и математической постановки задачи, правильностью применения численных методов решения уравнений, методами внутреннего контроля.
Научная новизна работы состоит в создании комплексной модели КПА и стенда.
Практическая значимость результатов работы состоит в возможности их дальнейшего применения для проектирования полетов КПА с мягкой посадкой на поверхность Луны, в том числе при формировании общей схемы применения стенда, воспроизводящего мягкую посадку.
Диссертация состоит из 50 страниц, включая 22 рисунка. Список использованных источников содержит 15 наименований.
В ходе работы были исследованы особенности мягкой посадки КПА на поверхность Луны. Установлены факторы, определяющие динамику посадки лунного модуля, а также способы моделирования процесса мягкой посадки.
С помощью программного комплекса ANSYS Mechanical APDL был разработан алгоритм параметризованного построения конечно-элементной модели КПА. Это позволяет проводить расчеты с большой эффективностью, что положительно сказывается на проектировании. Проведено моделирование посадки КПА в лунных и наземных условиях при различных значениях начальной скорости посадки, в результате которого были получены зависимости перемещения, скорости и ускорения от времени.
Для определения достоверности имитации посадки на стенде был проведен сравнительный анализ динамики посадки на стенде и Луне, который показал, что предлагаемая схема стенда испытаний для отработки динамики посадки адекватно отражает динамику поведения КПА при посадке. Кроме того, был проведен сравнительный анализ результатов моделирования посадки на стенде для тросов с различными характеристиками.
