Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПЬЕЗОАКТУАТОРА ДЛЯ КАЛИБРОВКИ ПЛАЗМЕННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
|
Введение
1 Анализ объекта исследования и постановка задачи 11
1.1 Система коррекции космического аппарата 12
1.2 Стационарные плазменные двигатели 18
1.3 Калибровка тяги плазменных двигателей 25
1.3.1 Требования к преобразователю усилия 29
1.3.2 Требования к модулю дистанционной калибровки 30
1.4 Постановка задачи 31
1.5 Выводы по главе 1 32
2 Основной исполнительный элемент системы калибровки 34
2.1 Обзор существующих пьезоактуаторов 35
2.2 Пьезокерамический биморф 40
2.3 Эффект гистерезиса при эксплуатации биморфа 43
2.4 Выводы по главе 2 49
3 Разработка конструкции пьезоактуатора 51
3.1 Основные элементы и функции среды разработки 52
3.2 Разработка кинематической схемы пьезоактуатора 56
3.3 Проектирование элементов конструкции 59
3.4 Создание сборки конструкции пьезоактуатора 67
3.5 Выводы по главе 3 72
Заключение 74
Список сокращений 75
Список использованных источников 76
Приложение А Публикации по теме диссертации 82
Приложение Б Конструкция МДК
1 Анализ объекта исследования и постановка задачи 11
1.1 Система коррекции космического аппарата 12
1.2 Стационарные плазменные двигатели 18
1.3 Калибровка тяги плазменных двигателей 25
1.3.1 Требования к преобразователю усилия 29
1.3.2 Требования к модулю дистанционной калибровки 30
1.4 Постановка задачи 31
1.5 Выводы по главе 1 32
2 Основной исполнительный элемент системы калибровки 34
2.1 Обзор существующих пьезоактуаторов 35
2.2 Пьезокерамический биморф 40
2.3 Эффект гистерезиса при эксплуатации биморфа 43
2.4 Выводы по главе 2 49
3 Разработка конструкции пьезоактуатора 51
3.1 Основные элементы и функции среды разработки 52
3.2 Разработка кинематической схемы пьезоактуатора 56
3.3 Проектирование элементов конструкции 59
3.4 Создание сборки конструкции пьезоактуатора 67
3.5 Выводы по главе 3 72
Заключение 74
Список сокращений 75
Список использованных источников 76
Приложение А Публикации по теме диссертации 82
Приложение Б Конструкция МДК
Преобразование электрической энергии в механическую в атмосфере осуществляется посредствам всем известных и широко распространенных средств. Электродвигатели преобразуют электроэнергию в механическую и приводят в действие исполняющий механизм посредством механических передач. Среди прочих можно выделить: зубчатые, червячные, гипоидные, цепные, зубчатыми ремнями, винтовые, волновые, фрикционные, ременные и другие виды передач, которые встречаются в разных отраслях технического производства [1].
Совсем иначе дела обстоят, когда речь заходит о преобразовании электрической энергии в условиях вакуума. Обеспечение адекватного функционирования передачи и сохранности свойств смазочных материалов в вакууме затрудняется, тем самым ограничивает применение отдельных видов передачи механической энергии в условиях вакуума. Особое внимание стоит уделить передачам, основанных на принципе сухого трения, которые идеально подходят для решения научно-технических задач в жестких условиях вакуума и крайних температур.
Современная система калибровки стационарных плазменных двигателей должна преобразовывать величину измеряемой тяги в информационный сигнал с заданной точностью, по мимо этого конструкция модуля дистанционной калибровки ограничена жесткими требованиями по габаритным размерам и требованиям к жестким условиям эксплуатации (условия вакуума и крайних температур). Таким образом, задача преобразования усилия в означенных условиях для калибровки стационарных плазменных двигателей является важной и актуальной на современном этапе научно-технического развития в космической отрасли.
Целью диссертационного исследования является разработка конструкции пьезоактуатора для калибровки тяги плазменных двигателей коррекции космических аппаратов (КА).
1) Исследование предметной области и анализ существующих методов и средств калибровки стационарных плазменных двигателей системы коррекции космического аппарата;
2) Разработка кинематического принципа функционирования модуля дистанционной калибровки (МДК) стационарных плазменных двигателей системы коррекции космического аппарата;
3) Проектирование составных частей и элементов, и создание сборки модели конструкции МДК с САПР 3D-мoдeлиpoвaния;
Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.
В первой главе осуществлен анализ предметной области, приведены общие сведения о системе коррекции, объяснена важность системы коррекции как одной из систем, обеспечивающих жизнедеятельность КА, так как, корректное функционирование космического аппарата возможно лишь при четком соблюдение его запланированной орбиты, проиллюстрирован принцип изменения траектории комического аппарата.
Рассмотрены стационарные плазменные двигатели как основной исполнительный орган системы коррекции, раскрыто определение электрореактивных двигательных установок, представлено место стационарных плазменных двигателей в разрезе общей современной классификации электрореактивных двигательных установок. Подробно рассмотрены этапы работы и алгоритм функционирования стационарных плазменных двигателей. Приведена справка о ведущем на мировом и российском рынке производителе ФГУП ОКБ «Факел» г. Калининград, представлены некоторые из производимых стационарных плазменных двигателей, в том числе и тех, которые используются АО «ИСС» г. Железногорск.
Представлено определение тяги электрореактивной двигательной установки, описаны два метода определения тяги. Отмечена важность обеспечений точной тяги двигателей коррекции. Более подробно рассмотрены
существующие методики и средства калибровки плазменных двигателей коррекции. Дано определение понятиям тягоизмерительное устройство и унифицированный посадочный модуль, перечислены основные требования к преобразователю усилия и к модулю дистанционной калибровки.
Во второй главе диссертационной работы изложены результаты поиска по информационному ресурсу Федерального института промышленной собственности запатентованных пьезокерамических элементов и устройств, а также поиск по открытым ресурсам сети Интернет, проанализировано содержание сборников научно-практических конференций, сборники материалов выставок и форумов на заявленную тематику.
Сформирована актуальной базы данных пьезокерамических элементов и конструкций, предложена классификации типов и видов пьезокерамических актуаторов. Проработка стратегии и обоснование выбора пьезокерамического элемента для решения, в рамках диссертационного исследования, задачи практически-прикладного характера.
Лабораторные исследования и практические эксперименты показали, что биморф, как генератор силы, обладает ярко выраженным гистерезисом. В результате проведенных экспериментов можно сказать, что управление бимирфом относительно поданного на него напряжения линейно, ширина петли гистерезиса все же остается весьма существенной. Исходя из выявленного эффекта гистерезиса в функциональной работе пьезокерамического биморфа предлагается алгоритм управления.
В третьей главе представлены этапы разработки конструкторской документации, определена последовательность и содержание этапов разработки и производства на основании технического задания.
Описано средство моделирования и разработки модуля дистанционной калибровки в качестве средства автоматизированного проектирования использовался пакет прикладных программ SolidWork. Приведены основные структурные элементы их обозначения на панели инструментов SolidWorks используемые для создания непосредственно самой модели модуля
Проиллюстрирована кинематическая схема модуля дистанционной калибровки стационарных плазменных двигателей в двух крайних положениях. Подробно изложены в графическом представление спроектированные элементы и составные части конструкции модуля дистанционной калибровки стационарных плазменных двигателей.
На основе предложенного кинематического взаимодействия, ведущего и ведомого звеньев в виде пьезокерамического биморфа и дискового колеса, была разработана модель, посредством которой, осуществляется преобразование колебательных движений биморфа в плавное поднятие и опускание необходимого груза.
В заключении представлены основные результаты теоретических и практических исследований. В библиографическом списке представлены первоисточники, использованные в ходе проведённых исследований.
Общий объём ВКР составляет 84 страницы, 37 рисунков, 4 таблицы, 49 первоисточников.
Совсем иначе дела обстоят, когда речь заходит о преобразовании электрической энергии в условиях вакуума. Обеспечение адекватного функционирования передачи и сохранности свойств смазочных материалов в вакууме затрудняется, тем самым ограничивает применение отдельных видов передачи механической энергии в условиях вакуума. Особое внимание стоит уделить передачам, основанных на принципе сухого трения, которые идеально подходят для решения научно-технических задач в жестких условиях вакуума и крайних температур.
Современная система калибровки стационарных плазменных двигателей должна преобразовывать величину измеряемой тяги в информационный сигнал с заданной точностью, по мимо этого конструкция модуля дистанционной калибровки ограничена жесткими требованиями по габаритным размерам и требованиям к жестким условиям эксплуатации (условия вакуума и крайних температур). Таким образом, задача преобразования усилия в означенных условиях для калибровки стационарных плазменных двигателей является важной и актуальной на современном этапе научно-технического развития в космической отрасли.
Целью диссертационного исследования является разработка конструкции пьезоактуатора для калибровки тяги плазменных двигателей коррекции космических аппаратов (КА).
1) Исследование предметной области и анализ существующих методов и средств калибровки стационарных плазменных двигателей системы коррекции космического аппарата;
2) Разработка кинематического принципа функционирования модуля дистанционной калибровки (МДК) стационарных плазменных двигателей системы коррекции космического аппарата;
3) Проектирование составных частей и элементов, и создание сборки модели конструкции МДК с САПР 3D-мoдeлиpoвaния;
Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.
В первой главе осуществлен анализ предметной области, приведены общие сведения о системе коррекции, объяснена важность системы коррекции как одной из систем, обеспечивающих жизнедеятельность КА, так как, корректное функционирование космического аппарата возможно лишь при четком соблюдение его запланированной орбиты, проиллюстрирован принцип изменения траектории комического аппарата.
Рассмотрены стационарные плазменные двигатели как основной исполнительный орган системы коррекции, раскрыто определение электрореактивных двигательных установок, представлено место стационарных плазменных двигателей в разрезе общей современной классификации электрореактивных двигательных установок. Подробно рассмотрены этапы работы и алгоритм функционирования стационарных плазменных двигателей. Приведена справка о ведущем на мировом и российском рынке производителе ФГУП ОКБ «Факел» г. Калининград, представлены некоторые из производимых стационарных плазменных двигателей, в том числе и тех, которые используются АО «ИСС» г. Железногорск.
Представлено определение тяги электрореактивной двигательной установки, описаны два метода определения тяги. Отмечена важность обеспечений точной тяги двигателей коррекции. Более подробно рассмотрены
существующие методики и средства калибровки плазменных двигателей коррекции. Дано определение понятиям тягоизмерительное устройство и унифицированный посадочный модуль, перечислены основные требования к преобразователю усилия и к модулю дистанционной калибровки.
Во второй главе диссертационной работы изложены результаты поиска по информационному ресурсу Федерального института промышленной собственности запатентованных пьезокерамических элементов и устройств, а также поиск по открытым ресурсам сети Интернет, проанализировано содержание сборников научно-практических конференций, сборники материалов выставок и форумов на заявленную тематику.
Сформирована актуальной базы данных пьезокерамических элементов и конструкций, предложена классификации типов и видов пьезокерамических актуаторов. Проработка стратегии и обоснование выбора пьезокерамического элемента для решения, в рамках диссертационного исследования, задачи практически-прикладного характера.
Лабораторные исследования и практические эксперименты показали, что биморф, как генератор силы, обладает ярко выраженным гистерезисом. В результате проведенных экспериментов можно сказать, что управление бимирфом относительно поданного на него напряжения линейно, ширина петли гистерезиса все же остается весьма существенной. Исходя из выявленного эффекта гистерезиса в функциональной работе пьезокерамического биморфа предлагается алгоритм управления.
В третьей главе представлены этапы разработки конструкторской документации, определена последовательность и содержание этапов разработки и производства на основании технического задания.
Описано средство моделирования и разработки модуля дистанционной калибровки в качестве средства автоматизированного проектирования использовался пакет прикладных программ SolidWork. Приведены основные структурные элементы их обозначения на панели инструментов SolidWorks используемые для создания непосредственно самой модели модуля
Проиллюстрирована кинематическая схема модуля дистанционной калибровки стационарных плазменных двигателей в двух крайних положениях. Подробно изложены в графическом представление спроектированные элементы и составные части конструкции модуля дистанционной калибровки стационарных плазменных двигателей.
На основе предложенного кинематического взаимодействия, ведущего и ведомого звеньев в виде пьезокерамического биморфа и дискового колеса, была разработана модель, посредством которой, осуществляется преобразование колебательных движений биморфа в плавное поднятие и опускание необходимого груза.
В заключении представлены основные результаты теоретических и практических исследований. В библиографическом списке представлены первоисточники, использованные в ходе проведённых исследований.
Общий объём ВКР составляет 84 страницы, 37 рисунков, 4 таблицы, 49 первоисточников.
Результатом данной диссертационной работы стала разработанная конструкция модуля дистанционной калибровки стационарных плазменных двигателей для автоматизированного рабочего места огневых приемочных испытаний.
В ходе работы были решены следующие задачи:
1) Исследована предметная область и осуществлен анализ существующих методов и средств калибровки стационарных плазменных двигателей системы коррекции космического аппарата;
2) Разработан кинематический принципа функционирования модуля дистанционной калибровки стационарных плазменных двигателей системы коррекции космического аппарата;
3) Осуществлено проектирование составных частей и элементов, и создание сборки модели конструкции МДК с САПР 3D-мoдeлиpoвaния. Это предоставляет возможность применения как отдельных составных узлов, так и полностью разработанной модели на этапе проектирования автоматизированного рабочего места огневых приемочных испытаний.
Научная новизна: предложена модель конструкции МДК стационарных плазменных двигателей системы коррекции космических аппаратов.
Практическая значимость: предложенная конструкция может применяться на предприятии Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева для проведения огневых приемочных испытаний стационарных плазменных двигателей коррекции космических аппаратов, с целью корректного учета тяги плазменных двигателей. По результатам диссертационного исследования было опубликовано четыре научные статьи.
В ходе работы были решены следующие задачи:
1) Исследована предметная область и осуществлен анализ существующих методов и средств калибровки стационарных плазменных двигателей системы коррекции космического аппарата;
2) Разработан кинематический принципа функционирования модуля дистанционной калибровки стационарных плазменных двигателей системы коррекции космического аппарата;
3) Осуществлено проектирование составных частей и элементов, и создание сборки модели конструкции МДК с САПР 3D-мoдeлиpoвaния. Это предоставляет возможность применения как отдельных составных узлов, так и полностью разработанной модели на этапе проектирования автоматизированного рабочего места огневых приемочных испытаний.
Научная новизна: предложена модель конструкции МДК стационарных плазменных двигателей системы коррекции космических аппаратов.
Практическая значимость: предложенная конструкция может применяться на предприятии Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева для проведения огневых приемочных испытаний стационарных плазменных двигателей коррекции космических аппаратов, с целью корректного учета тяги плазменных двигателей. По результатам диссертационного исследования было опубликовано четыре научные статьи.