Помощь студентам в учебе
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ ПЛАТФОРМЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ПО ОСИ ТАНГАЖА
|
ВВЕДЕНИЕ
1 ЗАДАНИЕ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ
2 ОРГАНИЗАЦИЯ СЛЕДЯЩЕГО ПРИВОДА кА
2.1 Виды механических передач
2.1.1 Зубчатые передачи
2.1.2 Червячные передачи
2.1.3 Планетарные передачи
2.1.4 Волновые механические передачи
2.1.5 Фрикционные передачи
2.1.6 Передача винт-гайка (шариковая передача)
2.2 Рулевые машины принципы и требования
2.2.1 Гидравлические рулевые машины
2.2.2 Электрогидравлические рулевые машины
2.2.3 Электрические рулевые машины
2.2.4 Требования к динамике рулевого привода как исполнительного
элемента системы стабилизации 27
2.3 Вывод
3 РАСЧЕТ РЕДУКТОРА И ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ
3.1 Моменты электропривода
3.2 Приведение сил и моментов
3.3 Приведение инерционных масс электропривода
3.4 Предварительный расчет параметров двигателя
3.5 Расчет передаточного числа редуктора и параметров двигателя .... 38
3.6 Выбор двигателя 41
4 РАЗРАБОТКА Электродвигателя
4.1 Расчет параметров электродвигателя
4.1.1 Размеры
4.1.2 Магнитная цепь
4.1.3 Расчет витков
4.1.4 Масса электродвигателя
4.1.5 Сравнение выбранного двигателя и расчетного 55
4.2 Моделирование двигателя 55
5 ВЫБОР ДАТЧИКА 67
5.1 Датчики Холла 67
5.1.1 Интегральные датчики Холла 69
5.1.2 Основные характеристики датчиков Холла 72
5.2 Индукционный датчик 73
5.3 Выбранный тип датчика 75
6 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ 77
7 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 83
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 84
ПРИЛОЖЕНИЕ А 86
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 89
ПРИЛОЖЕНИЕ В 91
1 ЗАДАНИЕ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ
2 ОРГАНИЗАЦИЯ СЛЕДЯЩЕГО ПРИВОДА кА
2.1 Виды механических передач
2.1.1 Зубчатые передачи
2.1.2 Червячные передачи
2.1.3 Планетарные передачи
2.1.4 Волновые механические передачи
2.1.5 Фрикционные передачи
2.1.6 Передача винт-гайка (шариковая передача)
2.2 Рулевые машины принципы и требования
2.2.1 Гидравлические рулевые машины
2.2.2 Электрогидравлические рулевые машины
2.2.3 Электрические рулевые машины
2.2.4 Требования к динамике рулевого привода как исполнительного
элемента системы стабилизации 27
2.3 Вывод
3 РАСЧЕТ РЕДУКТОРА И ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ
3.1 Моменты электропривода
3.2 Приведение сил и моментов
3.3 Приведение инерционных масс электропривода
3.4 Предварительный расчет параметров двигателя
3.5 Расчет передаточного числа редуктора и параметров двигателя .... 38
3.6 Выбор двигателя 41
4 РАЗРАБОТКА Электродвигателя
4.1 Расчет параметров электродвигателя
4.1.1 Размеры
4.1.2 Магнитная цепь
4.1.3 Расчет витков
4.1.4 Масса электродвигателя
4.1.5 Сравнение выбранного двигателя и расчетного 55
4.2 Моделирование двигателя 55
5 ВЫБОР ДАТЧИКА 67
5.1 Датчики Холла 67
5.1.1 Интегральные датчики Холла 69
5.1.2 Основные характеристики датчиков Холла 72
5.2 Индукционный датчик 73
5.3 Выбранный тип датчика 75
6 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ 77
7 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 83
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 84
ПРИЛОЖЕНИЕ А 86
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 89
ПРИЛОЖЕНИЕ В 91
Гиростабилизированная платформа представляет собой платформу для пространственной стабилизации устройств или приборов КА, имеющую ряд двигателей разного назначения от маховиков до камер ориентации в космосе. Сама платформа имеет стабилизацию по трем осям, что позволяет работать камерам без возможных колебаний в космосе.
Электропривод в такой платформе не является силовым и предназначен для навесного оборудования где необходимо использовать средства ориентации, например, камеры, оптические датчики, маховики, датчики угловых скоростей и так далее.
Электродвигатели имеют бурное развитие на сегодняшний день. Используют прорывные технологии в автомобилестроении, космической и промышленной отраслях. Его простота конструкции и повсеместная применяемость делает данное устройство просто незаменимым.
Разрабатываемые платформы для КА бывают самых разных типов и конструкций. Различают платформы по массе, по типу конструкций, предназначенных для определенных типов КА, по количеству осей у платформы, по количеству устанавливаемых приводных модулей.
Электропривод оборудования гиростабилизированной платформы- это целая система, состоящая из электродвигателя, системы управления, также могут использовать редукторные системы. Двигатели разрабатывают в конструкторском бюро или выбирают готовые двигатели исходя из технического задания.
Развитие систем ориентации в космосе не стоит на месте. Очень много концептов воплощаются в реальность.
Целью выпускной квалификационной работы, является оптимизация электропривода гиростабилизированной платформы для камеры навигации по оси тангажа за счёт разработки оптимальной схемы и моделирования электродвигателя, что позволит уменьшить массогабаритные размеры и увеличить производительность, срок службы электропривода. Данное техническое решение позволит использовать электропривод в широкой области ракетостроения в частности для навигации.
В соответствие с поставленной целью, необходимо решить следующие задачи:
Аналитические задачи 1 Изучить научную литературу о принципах действия и устройства
управления положением камеры навигации в космическом пространстве, принципы моделирования электродвигателя, основы проектирования электропривода КА.
2 Провести анализ возможных вариантов модернизации и оптимизации электропривода для управления поворотом навигационного устройства космического аппарата.
Проектные задачи
1 Выбрать тип и определить структуру электропривода.
2. Разработать функциональную схему электропривода
3. Произвести расчет для передаточного числа редуктора
4. Разработать электродвигатель для электропривода
5. Построить математическую модель электродвигателя для верификации и коррекции результатов проектирования
6. Построить математическую модель разработанного электропривода, позволяющую произвести выбор и настройку регуляторов.
Предмет исследования - электропривод летательных аппаратов.
Объект исследования - электродвигатель гиростабилизированной платформы по оси тангажа КА.
Степень разработанности в литературе - при создании системы управления КА, вопрос уменьшения массогабаритных размеров ставился неоднократно и всегда являлся решающим при проектировании готового решения электропривода. Но конкретного технического решения, дающего возможность снизить вышеперечисленные показатели, данные решения приводят только к подбору двигателя по уже существующим паспортным данным заводских производителей.
Научная новизна - заключается в снижении массогабаритных размеров электродвигателя, с помощью моделирования его в специальных программах. Представленное техническое решение позволит использовать разработанный электродвигатель в широком диапазоне задач, связанных с навигацией. Кроме того, станет возможным серийное производство данного технического узла.
Данное исследование станет практичным не только для образовательных целей, но и для научной и оборонной деятельности.
Электропривод в такой платформе не является силовым и предназначен для навесного оборудования где необходимо использовать средства ориентации, например, камеры, оптические датчики, маховики, датчики угловых скоростей и так далее.
Электродвигатели имеют бурное развитие на сегодняшний день. Используют прорывные технологии в автомобилестроении, космической и промышленной отраслях. Его простота конструкции и повсеместная применяемость делает данное устройство просто незаменимым.
Разрабатываемые платформы для КА бывают самых разных типов и конструкций. Различают платформы по массе, по типу конструкций, предназначенных для определенных типов КА, по количеству осей у платформы, по количеству устанавливаемых приводных модулей.
Электропривод оборудования гиростабилизированной платформы- это целая система, состоящая из электродвигателя, системы управления, также могут использовать редукторные системы. Двигатели разрабатывают в конструкторском бюро или выбирают готовые двигатели исходя из технического задания.
Развитие систем ориентации в космосе не стоит на месте. Очень много концептов воплощаются в реальность.
Целью выпускной квалификационной работы, является оптимизация электропривода гиростабилизированной платформы для камеры навигации по оси тангажа за счёт разработки оптимальной схемы и моделирования электродвигателя, что позволит уменьшить массогабаритные размеры и увеличить производительность, срок службы электропривода. Данное техническое решение позволит использовать электропривод в широкой области ракетостроения в частности для навигации.
В соответствие с поставленной целью, необходимо решить следующие задачи:
Аналитические задачи 1 Изучить научную литературу о принципах действия и устройства
управления положением камеры навигации в космическом пространстве, принципы моделирования электродвигателя, основы проектирования электропривода КА.
2 Провести анализ возможных вариантов модернизации и оптимизации электропривода для управления поворотом навигационного устройства космического аппарата.
Проектные задачи
1 Выбрать тип и определить структуру электропривода.
2. Разработать функциональную схему электропривода
3. Произвести расчет для передаточного числа редуктора
4. Разработать электродвигатель для электропривода
5. Построить математическую модель электродвигателя для верификации и коррекции результатов проектирования
6. Построить математическую модель разработанного электропривода, позволяющую произвести выбор и настройку регуляторов.
Предмет исследования - электропривод летательных аппаратов.
Объект исследования - электродвигатель гиростабилизированной платформы по оси тангажа КА.
Степень разработанности в литературе - при создании системы управления КА, вопрос уменьшения массогабаритных размеров ставился неоднократно и всегда являлся решающим при проектировании готового решения электропривода. Но конкретного технического решения, дающего возможность снизить вышеперечисленные показатели, данные решения приводят только к подбору двигателя по уже существующим паспортным данным заводских производителей.
Научная новизна - заключается в снижении массогабаритных размеров электродвигателя, с помощью моделирования его в специальных программах. Представленное техническое решение позволит использовать разработанный электродвигатель в широком диапазоне задач, связанных с навигацией. Кроме того, станет возможным серийное производство данного технического узла.
Данное исследование станет практичным не только для образовательных целей, но и для научной и оборонной деятельности.
В результате проектирования, была освоена научная литература отечественных авторов и зарубежных, произведен анализ возможных вариантов модернизации и оптимизации уже существующих электродвигателей и редукторов для управления поворотом рабочего органа на стабилизированной платформы.
Разработан двигатель с возбуждением от постоянных магнитов, выполнен расчет его номинальных характеристик, в соответствие с ГОСТ 16264.2-85, произведён подбор необходимых материалов необходимых для сборки электродвигателя, измерительных датчиков и редуктора.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы, была составлена и предоставлена модель двигателя платы, а также её графические характеристики. Можно с уверенностью сказать, что представленная модель двигателя является оптимальной на сегодняшний день и отвечает всем заявленным требованиям к космическому аппарату. Так же в процессе проектирования были решены следующие задачи:
• Рассчитана необходимая мощность двигателя;
• Исходя из расчетных данных был выбран двигатель, представленный у производителя на сегодняшний день;
• Рассчитано необходимое передаточное число и выбран редуктор;
• Проведён анализ технической литературы и выбрана подходящая механическая передача;
• Разработана модель оптимального электродвигателя и построены его характеристики в ПО Ansys Electronics Desktop;
• Проведён анализ технической литературы и выбран датчика угла рабочего органа;
• Произведён экономический расчёт.
Разработан двигатель с возбуждением от постоянных магнитов, выполнен расчет его номинальных характеристик, в соответствие с ГОСТ 16264.2-85, произведён подбор необходимых материалов необходимых для сборки электродвигателя, измерительных датчиков и редуктора.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы, была составлена и предоставлена модель двигателя платы, а также её графические характеристики. Можно с уверенностью сказать, что представленная модель двигателя является оптимальной на сегодняшний день и отвечает всем заявленным требованиям к космическому аппарату. Так же в процессе проектирования были решены следующие задачи:
• Рассчитана необходимая мощность двигателя;
• Исходя из расчетных данных был выбран двигатель, представленный у производителя на сегодняшний день;
• Рассчитано необходимое передаточное число и выбран редуктор;
• Проведён анализ технической литературы и выбрана подходящая механическая передача;
• Разработана модель оптимального электродвигателя и построены его характеристики в ПО Ansys Electronics Desktop;
• Проведён анализ технической литературы и выбран датчика угла рабочего органа;
• Произведён экономический расчёт.