Analýza vnútorného režimu mechanizmu nasadenia vesmírneho závesu

Abstrakt: Prírodné frekvencie mechanizmu expanznej tyčinky vesmírneho závesu sú ovplyvňované použitými materiálmi a použitými metódami výstuže. Táto štúdia vykonala modálnu analýzu s použitím softvéru Finite Element ANSYS na preskúmanie vplyvu hustoty materiálu a metódy výstuže na prirodzenú frekvenciu. Výsledky ukázali, že hustota použitého materiálu má významný vplyv na prirodzenú frekvenciu, s väčším dopadom pri vyššej hustote. Okrem toho rôzne metódy výstuže tiež viedli k významným rozdielom v prirodzenej frekvencii. Zistenia tejto štúdie poskytujú usmernenie pre dynamickú analýzu a optimalizáciu mechanizmu nasadenia kozmického závesu.

1.

Rýchly rozvoj vesmírneho priemyslu zvýšil dopyt po rozsiahlych mechanizmoch nasadenia vesmíru. Tieto mechanizmy sa používajú pre rôzne aplikácie, ako sú flexibilné polia solárnych článkov, antény a podporné štruktúry pre diaľkové snímanie a hlboké vesmírne sondy. Mechanizmy nasadenia musia byť zložené a uložené počas fázy spustenia a potom sa rozšíria pomocou zdroja energie raz vo vesmíre. S rastúcou veľkosťou podpornej štruktúry a znižovania hmoty sa tuhosť štruktúry znižuje, čo vedie k nižším prírodným frekvenciám. To môže spôsobiť spojenie vibrácií medzi telom kozmickej lode a mechanizmom nasadenia, čím sa znižuje stabilita mechanizmu. Preto je dôležité študovať vplyv hustoty materiálu a metódy výstuže na prirodzenú frekvenciu mechanizmu nasadenia vesmírneho závesu.

2. Model mechanizmu nasadenia vesmírneho závesu

Mechanizmus nasadenia vesmírneho závesu sa skladá z rámca a časti tyče. Ráme a tyče sú spojené pomocou hriadeľov závesu, čím sa tvoria nožníc podpora. Metódy výstuže uvažované v tejto štúdii sú spojenie výstuže tyče a výstuže oceľového drôtu. Posilnenie spojovacej tyče zahŕňa spojenie dvoch tyčí v tvare U v rovnakom smere, zatiaľ čo výstuž oceľového drôtového lana zahŕňa vinutie oceľového drôteného lana okolo valca. Model konečných prvkov mechanizmu bol vytvorený pomocou jednotiek SOLD45 pre časti rámu a tyče a jednotiek BEAM188 pre časti posilňovania.

3. Modálna analýza

Uskutočnila sa modálna analýza na určenie vibračných charakteristík a základných frekvencií štruktúry. Zohľadnili sa dva materiály, hliníkové a uhlíkové vlákna a porovnávali sa metódy zosilnenia spojovacích tyčí a oceľových drôtov. Výsledky ukázali, že mechanizmus vyrobený z uhlíkových vlákien s výstužou spojovacej tyče mal najvyššiu základnú frekvenciu, zatiaľ čo mechanizmus vyrobený z hliníka s oceľovým zosilňovačom drôtového lana mal najnižšiu základnú frekvenciu. Mechanizmus vyrobený z uhlíkových vlákien s výstužnou spojovacou tyčou mal základnú frekvenciu 71,7% vyššiu ako mechanickú výstuž oceľového drôteného lana. Podobne mechanizmus vyrobený z hliníka s výstužou spojovacej tyče mal základnú frekvenciu o 58% vyššiu ako mechanica na výstuži oceľového drôtu. Pokiaľ ide o hustotu materiálu, uhlíkové vlákna mali vyššiu základnú frekvenciu ako hliník, s rozdielom 48,5% pre výstuž spojovacej tyče a 23,5% pre výstuž oceľového vodného lana.

4.

Prírodné frekvencie mechanizmu nasadenia vesmírneho závesu sú ovplyvňované použitými materiálmi a metódami posilňovania. Hustota materiálu má významný vplyv na prirodzenú frekvenciu, pričom vyššia hustota vedie k nižším prírodným frekvenciám. Rôzne metódy posilňovania tiež vedú k významným rozdielom v prirodzenej frekvencii. Pri výbere metód zosilnenia a materiálov pre mechanizmus nasadenia vesmírneho závesu je dôležité zvážiť faktory, ktoré ovplyvňujú prirodzenú frekvenciu. Tieto zistenia poskytujú usmernenie pre návrh, analýzu a optimalizáciu mechanizmu.

Záverom možno povedať, že štúdium vplyvu hustoty materiálu a metódy výstuže na prirodzenú frekvenciu mechanizmu nasadenia vesmírneho závesu je rozhodujúce pre zabezpečenie stability a výkonu mechanizmu. Vďaka pokroku v technológii je možné dosiahnuť ďalšie vylepšenia a optimalizácie s cieľom zvýšiť dynamiku a celkovú účinnosť mechanizmov nasadenia vesmírneho závesu.