Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из характерных особенностей звития космической техники в настоящее время является разра-гка аппаратов с разветач^нной структурой конструкции, к ко-ркм можно отнести аппараты с протяженными панелями солнечных гарей, антенными устройствами, выносными штангами и фермами цатчиковой аппаратурой и т.п. Общей отличительной чертой та-х аппаратов является существенная нежесткость конструкции, иводящая к целому раду негативных явлений и процессов при випнений целевой задачи.
Упругость конструкции влияет на эффективность проьессов раыения космическим аппаратом (КА) - сильно затягивается реходнке процессы в системе ориентации, ухудшается точность рабогки программных движений и, как следствие этого, снижает-пр.зизводительность аппарата. Например, для космического ап-рага дистанционного исследования Земли критичным является на-ч;:е колебательных составляющих углового движения, которые вводят к искажению принимаемого гаи передаваемого сигналов, пъткению разрешавшей способности системы или вообще к потере сти информации.
В этой связи возникает задача математического молелирова-ч и оценки динамических свойств упругого КА, решение которой эбходиго на ранних этапах проектирования объекта - при разра-гке технического предложения и в эскизном проектировании, ?да еще возможна доработка его конструктивно-компоновочной эмы (ККС).
Существующие методы оценки динамических свойств КА педраз-іяются на две основные группы: а) экспериментальные метод--; численные іятодн. Первая группа методов требует не только пиальнсго оборудованич, но и изготовления динамически подоб-< моделей аппарата, стоимость которых весьма высока. Поэтому і іспользуются, как правило, на завершающіос этапах прсекти-ван.т и разработки КА с целью подтверждения принятых проект-с решений. Вторая группа- методов - численные методы - сблада-универсальностьп, чо традиционнкз подход'- здесь к реяєніпс ;ачи определения динамических сь^йств упругих КА - чиаіеннсе гегрироеанке систем дифференциальных уравнений оецклляторно-типд в частных отш полных производных высокого порядка -іряженн со значительными вычислительными затратами, что пре-
пятствует их эффективному применению на ранних стадиях проектирования.
Поэтому актуальной проблемой в настоящее время является разработка методов математического моделирования динамических свойств упругих КА с цельв оперативной оценки этих свойств и использования этой информации на возможно более ранних этапах проектирования объекта.
Различным аспектам динамики и управления упругими КА посвящены многочисленные работы советских и зарубежных ученых. Основополагающие результаты в этой области получены Наримановым Г.С, Моисеевым Н.Н., Алексеевым Л.И., Колесниковым К.С. 3 последние время отдельно исследуется вопросы анализа и форм» рования требуемых динамических свойств упругого КА (В.М.Суханов, В.Ю.Рутковский. Уравнения движения и анализ динамики конструкций деформируемых космжгеских аппаратов с разветвленной структурой /Препринт ин-та проблем управления. - М., 1965; Л.В.Докучаев. Нелинейная динамика летательных аппаратов с деформируемыми элементами. - М.: Машиностроение, 1987; Р.С. ModaE identities far elastic Bodies , witk. application, io vehlcEc dynamic cmd onirei. TrarvS. ASME J. Appt. MecVv., 4980,vot.47, H, pp.177-184; Ы.К.Наби-улдин. Стационарные двіг-.снил и устойчивость у.ругих спутников. - Новосі.окргк: Наука, Сибирское отделение, 19J0, 217 с).
СущссгвуЕщие методики анализа динамических свойств упругих КА не обладает достаточной эффективностью. Это указывает на необходимость их дальнейшего развития или разработки новых методик анализа с цельв повышения качества и эффективности проектирования таких сложных динамических объектов, какими являются упругие КА.
Цель и задачи исследований. Црльв настоящей диссертации является разработка методик и алгоритмов математического моделирования динамических свойств упругих КА как сложных механических систем, ориентированных на эффективное применение вычислительных средств на ранних этапах проектирования.
Методы исследований. При выполнении диссертационной работы использовались методы теории колебаний и устойчивости движения мзханических систем, теории матричного анализа, теории ма-
тематических моделей и общей теории (динамических) систем, а такте известных теоретических и экспериментальных результатов динамики упругих КА. Исследования проведены с помощью мат пиитического моделирования на ЭВМ.
Научная погнана. Новыми научными результатами диссерта-::и:;і.ііоГ; работы являются:
обоснование нового класса математических моделей динами-іескпх свойств упругих КА - алгебраических моделей;
формулировка задачи математического моделирования дина-с:чеокнх свойств упругого КА и разработка алгоритма ее решения грнмок::тел:.:!о к ранним этапам проект 'рования;
выбор критериев сценки динамических свойств уоделкруемо-о упругого КА;
разработка методики математического моделирования дина-нчослпх свойств упругого КА со сложной ККС с" применением СВМ.
Пгактичесуая ненность. Применение результатов диссертапи-:-;сй роботы з праэтике анализа динамики ряда КА, имеющих :tpyn— ^габаритные негкесткие элементы конструкции, позволило в значл-:льнсй степени автоматизировать процесс исследования динами-:ск;:х свойств на начальных этапах разработки при сулдествэннс.ч ".г-.они'л зременкис и вычислительных затрат и ш: ьыжн'лн iw^lt-. чрсо'тнс-уокструетсрсксй дскушптации. Разработанные в днс-стаппс::нсй работе методы, алгоритмы и программное обеспеченно г-поля.-ст сформировать достаточно универсальный подход :< ра.-зра-:ч:е систем авїиі.атизпрованнсго проектирования упругих КА /лк е,т.ных динамических объектов определенного класса..
?о^лнт)цня результатов оаботы. Исследования, проведенные и'сссстзппонной работе, является чзстыз паучно-нсслодозагель-:х работ, выполняемых Куйбышевским (.Самарским) авиационным :"тугсм ссвї.ястно с предприятия?.:!! аэрокссмичзскоЯ отрасли. ьаботанная з диссертации методика анализа динамики упругого .л;:ата была исполь jовина при разработке технических ггредлсне-. з эскизном проектировании и внедрена ка предприятиях 1110 .ргия" (г.Москва.), ЦСКЕ (г.Ся. іра), позволив в значительной пен;; автоматизировать пронесе исследования динамических
КЗ^З Н.-ЦЄЛИЙ ЛГИ СумеетВЄШІСМ СНЖЄНИН ВреМСННЫХ И ЕЫЧИСЛП-
ьных затрат.
- б -
Апробация работы. Основные результаты работы обсу-дшись на проблемных семинарах кэфедры динамики полета и систем упры ления Куйбышевского (Самарского) авиационного института, Ьес— союзных конференциях, семинарах, научных чтениях: 111 Всесоюзної. научно-техническом семинаре по управлению движением и навигации (Куйбыиев (Самара), 1987); П Всесоюзной конференции "Систе мы автоматического управления летательными аппаратам; (Москве, 1988); ХП и ХУ Научных чтениях по космонавтике (Москва, К-33 і 1991); ХУШ Гагаринских научных чтениях по космонавтике и авиации (Москва, 1989); XXIУ Научных огениях К. Э.Циолковского (Калуга, 1990).
По результатам диссертации опубликовано 15 печатных сабо: в том числе 7 научно-технических отчетов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введені четырех разделов, заключения, списка литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на //?страницах машинописного текста, содержит -fC таблиц, 6 рисунков. Список литерату ры включает 69 наименований. Ь Приложениях приведены дополнительные результаты применения разработанной методики анализа динамических свойств для различных схем КА, листинги основных i.pcrpj'.VMHKx модулей, акты внедрения.
