Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Пассивные способы создания управляющих моментов



Эти способы основаны на использовании восстанавливающих моментов от действия сил различной физической природы: гравитационных, центробежных, аэродинамических, магнитных, сил светового давления и т.д. Наибольшее практическое применение получили способы, использующие моменты от гравитационных и центробежных сил, а также от сил аэродинамических. Рассмотрим кратко их суть.

А. Использование восстанавливающих моментов гравитационных и центробежных сил.

Предположим для наглядности, что КА выполнен в форме идеальной гантели, т.е. в виде двух точечных масс m1 и m2, разнесённых относительно центра масс КА на равные расстояния (рис. 3.13).

 

Для простоты положим, что m1 = m2 . Центр масс КА движется по круговой орбите с радиусом R с угловой скоростью

,

где – гравитационная постоянная Земли.

Пусть ось гантели отклонена в плоскости орбиты от направления местной вертикали (т.е. от оси 0Yо) на угол тангажа .

На массы m1 и m2 действуют силы притяжения и и центробежные силы и соответственно.

Известно, что модуль силы притяжения G обратнопро-порционален квадрату рас-стояния r до центра при-тяжения 0З, а модуль центро-бежной силы F – пропор-ционален радиусу вращения, в данном случае – r. Графики этих зависимостей представлены на рис. 3.14

На массу m1 действует разностная сила , направленная к центру Земли 0З (т.к. > ), а на массу m2 – разностная сила , направленная от центра 0З (т.к. < ). Эта пара сил создаёт относительно центра масс КА момент, стремящийся совместить ось гантели с направлением местной вертикали 0Yо. Такое её положение является устойчивым (в отличие от положения равновесия, когда ось гантели горизонтальна).

 

Заметим, что если КА выполнен так, что моменты инерции его относительно связанных осей существенно различны, т.е. , то восстанавливающие моменты действуют по всем трём осям, обеспечивая пространственную ориентацию КА в подвижной орбитальной системе координат.

При реальных размерах и формах КА восстанавливающие моменты весьма малы (~ 10-3 – 10-4 Н·м). Для их увеличения КА снабжают выдвижными штангами с закреплёнными на их концах массами, тем самым увеличивая разности между главными моментами инерции.

Существенным недостатком гравитационной стабилизации является длительное время успокоения (оно может составлять несколько суток), обусловленное малостью естественного демпфирования колебаний КА. Для его сокращения используют различные демпфирующие устройства: механические, жидкостные, магнитные и др. В качестве механического демпфера, например, нашло применение устройство в виде связанного с КА с помощью длинной слабой пружины груза. Демпфирующие устройства обеспечивают уменьшение энергии колебаний КА за счёт расходования части её либо на деформацию пружины (как в приведённом примере), либо на преодоление сил вязкого трения, либо на перемагничивание ферромагнитных устройств (в зависимости от типа демпфера), с последующим выделением этой энергии в пространство в виде тепла.



Достоинствами гравитационных систем являются их безусловная экономичность, простота, высокая надёжность. К недостаткам следует отнести сравнительно низкую точность (3 – 5 град.), длительное время успокоения (1 – 3 сут.), практическую невозможность управлять угловым положением КА.

Б. Использование восстанавливающих моментов аэродинамических сил.

Аэродинамические восстанавливающие моменты возникают при взаимодействии статически устойчивого КА с атмосферой. Величина этих моментов тем больше, чем больше степень статической устойчивости КА. Для её увеличения, т.е. для удаления центра давления от центра масс КА, используются аэродинамические стабилизаторы (шаровые, крестообразные плоские, конические). Для пояснения принципа аэродинамической стабилизации рассмотрим случай шарового стабилизатора (рис. 3.15).

 

 

Шаровой стабилизатор (ШС) представляет собой тонкоплёночную надувную сферу большого диаметра, по сравнению с которой КА имеет гораздо меньшие размеры. ШС связан с КА с помощью фала длиной l. Эти особенности конструкции позволяют с достаточной для практики точностью полагать, что центр масс системы «КА + ШС» совпадает с центром масс КА, центр давления находится в центре сферы, а полная аэродинамическая сила представляется только силой лобового сопротивления Q.



Если продольная ось КА 0X не совпадает с направлением вектора его скорости , т.е. угол атаки , то возникает восстанавливающий аэродинамический момент Ма, определяемый выражением:

,

где сх – коэффициент силы лобового сопротивления шара (для высот менее 500 км можно принимать ),

S - площадь диаметрального сечения шара,

q - скоростной напор, , – плотность атмосферы.

Под действием этого момента КА ориентируется по набегающему потоку, т.е. по вектору воздушной скорости. Поскольку естественное демпфирование колебаний системы ввиду разреженности атмосферы невелико, то здесь также возникает необходимость применения искусственных демпферов.

Достоинства и недостатки аэродинамической стабилизации те же, что у гравитационных систем. Применение её возможно лишь на высотах, где плотность атмосферы достаточна.

Выбор того или иного способа создания управляющих моментов определяется, главным образом, следующими факторами:

– видами управляемого движения, которые необходимо реализовать (в первую очередь, необходимостью выполнения программных поворотов);

– требованиями к качеству управления, и, прежде всего, к точности;

– сроком активного функционирования (САФ) КА.

Необходимость выполнения программных поворотов (ПП) практически исключает возможность использования полуактивных и пассивных способов создания управляющих моментов. Такие способы могут применяться для КА с большим САФ, которые к тому же не должны изменять своего положения относительно БСК. Из подобных систем на практике получили наибольшее применение гравитационные системы и системы со стабилизацией вращением.

Для КА с длительным САФ при необходимости выполнения ими ПП оказывается целесообразным использование ДМ и гиромаховиков (устройств, сочетающих в себе свойства ДМ и СГ) с системой разгрузки. В качестве примеров можно упомянуть КА типа «Метеор», где в качестве УО находит применение комбинация двигателей-маховиков, магнитопривода и УРД, КА типа «Молния», где используется гиромаховик в сочетании с УРД.

Для КА с повышенными требованиями к точности управления и необходимостью выполнения большого количества ПП целесообразным оказывается применение СГ (силовых гироскопических комплексов – СГК) совместно с УРД, как это сделано на КА типа «Янтарь». При тех же условиях, но при малом САФ вполне возможно ограничиться применением только УРД или газовых реактивных сопел (ГРС), примерами чему служат КА типа «Зенит», «Союз», «Буран» и др.

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!