Аналіз внутрішнього режиму механізму розгортання космічного шарніра

Анотація: На природні частоти механізму розширення стрижня космічного шарніра впливають матеріали та методи армування. Це дослідження провело модальний аналіз, використовуючи програмне забезпечення кінцевих елементів ANSYS для дослідження впливу методу щільності матеріалу та посилення на природну частоту. Результати показали, що щільність використаного матеріалу має значний вплив на природну частоту, що має більший вплив при більшій щільності. Крім того, різні методи посилення також призвели до значних відмінностей у природній частоті. Результати цього дослідження дають рекомендації щодо динамічного аналізу та оптимізації механізму розгортання стрижня космічного шарніра.

1.

Швидкий розвиток космічної промисловості збільшив попит на масштабні механізми розгортання простору. Ці механізми використовуються для різних застосувань, таких як гнучкі масиви сонячних батарей, антени та структури підтримки для дистанційного зондування та глибокого простору. Механізми розгортання потрібно скласти та зберігати під час запуску, а потім розширити, використовуючи джерело живлення один раз у просторі. Однак зі збільшенням розміру опорної структури і маса зменшується, жорсткість структури зменшується, що призводить до зниження природних частот. Це може спричинити з'єднання вібрацій між корпусом космічного корабля та механізмом розгортання, знижуючи стабільність механізму. Тому важливо вивчити вплив методу щільності матеріалу та посилення на природну частоту механізму розгортання стрижня космічного шарніра.

2. Модель механізму розгортання стрижня космічного шарніра

Механізм розгортання стрижня космічного шарніра складається з частини кадру та частини стрижня. Рама та стрижні з'єднуються за допомогою шарнірів, утворюючи структуру опори ножиць. Методи армування, розглянуті в цьому дослідженні, - це підключення арматури стрижня та арматура мотузки сталевого дроту. Підгалуження штока передбачає з'єднання двох U-подібних стрижнів в одному напрямку, тоді як арматура з сталевого дроту передбачає намотування мотузки зі сталевого дроту навколо валика. Модель кінцевих елементів механізму була створена з використанням одиниць SOLID45 для деталей рами та стрижня та одиниць променя188 для деталей арматури.

3. Модальний аналіз

Модальний аналіз був проведений для визначення вібраційних характеристик та основних частот структури. Було розглянуто два матеріали, алюмінієві та вуглецеві волокна, і порівнювали методи армування сполучних стрижнів та сталевих дротяних мотузок. Результати показали, що механізм, виготовлений з вуглецевого волокна з підключеним арматурою стрижня, мав найвищу фундаментальну частоту, тоді як механізм, виготовлений з алюмінію з арматурою сталевого дроту, мав найнижчу фундаментальну частоту. Механізм, виготовлений з вуглецевого волокна з підсиленням стрижня, мав фундаментальну частоту на 71,7% більше, ніж у арматури мотузки сталевого дроту. Аналогічно, механізм, виготовлений з алюмінію з підключенням арматури стрижня, мав фундаментальну частоту на 58% більший, ніж у арматури мотузки сталевого дроту. З точки зору щільності матеріалу, вуглецеве волокно мала більш високу фундаментальну частоту, ніж алюміній, з різницею 48,5% для підключення стрижки стрижня та 23,5% для армування мотузки сталевого дроту.

4.

На природні частоти механізму розгортання стрижня космічного шарніра впливають використовувані матеріали та методи арматури. Щільність матеріалу має значний вплив на природну частоту, при цьому більша щільність призводить до зниження природних частот. Різні методи посилення також призводять до значних відмінностей у природній частоті. Вибираючи методи та матеріали підкріплення для механізму розгортання стрижня космічного шарніра, важливо враховувати фактори, що впливають на природну частоту. Ці результати дають рекомендації щодо проектування, аналізу та оптимізації механізму.

На закінчення, вивчення впливу методу щільності матеріалу та посилення на природну частоту механізму розгортання стрижня космічного шарніра має вирішальне значення для забезпечення стабільності та продуктивності механізму. Зі просуванням в галузі технологій можна зробити подальші вдосконалення та оптимізації для підвищення динаміки та загальної ефективності механізмів розгортання стрижня космічного шарніра.