способ тепловакуумных испытаний и устройство для его реализации
Классы МПК: | B64G7/00 Имитация космических условий, например для установления условий жизнеобеспечения |
Автор(ы): | Зеленов И.А., Никитин П.В., Шабарчин Д.А., Митрофанов В.Ф., Озеров Л.А. |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно- производственное объединение им. С.А. Лавочкина" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-11-15 публикация патента:
20.07.2003 |
Изобретение относится к области космической техники. Способ тепловакуумных испытаний заключается в размещении космического аппарата в вакуумной камере и облучении его наружных поверхностей тепловым потоком, имитирующим солнечную радиацию, и изменении ориентации аппарата относительно этого потока. В процессе испытаний задают плотности теплового потока и измеряют углы поворота аппарата относительно нормали к базовым плоскостям установленных на нем датчиков угловых перемещений, а воспроизведение внешнего теплового потока обеспечивают одновременным изменением угла поворота аппарата относительно указанной нормали и плотности теплового потока, причем синхронизацию поворота и изменение плотности потока осуществляют в соответствии с определенными соотношениями. Установка для проведения тепловакуумных испытаний содержит вакуумную камеру с размещенным внутри нее поворотным устройством для установки на нем космического аппарата и имитатор солнечного излучения, включающий осветительную часть в виде щита со светильниками, проекционную часть, состоящую из зеркально-линзовой оптической системы и входного блока, включающего рассеиватель и плосковыпуклую линзу, и расположенную между осветительной частью и входным блоком заслонку управления интенсивностью излучения с приводом. Заслонка выполнена в виде двух сходящихся экранов перекрытия, плоскости которых нормальны к оси оптической системы и смещены относительно друг друга, при этом в экранах перекрытия выполнены вырезы, образующие проходное сечение для теплового потока в форме квадрата с центром на оси оптической системы и диагональю, совпадающей с направлением перемещения экранов, при этом привод заслонки выполнен с возможностью обеспечения перемещения экранов в зависимости от изменения плотности падающего на испытываемый аппарат теплового потока и угла поворота аппарата. Техническим результатом является повышение информативности комплексных тепловакуумных испытаний космических аппаратов и сокращение продолжительности испытаний за счет совмещения исследований по определению температурного и термодеформационного состояний конструкции. 2 с.п.ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Способ тепловакуумных испытаний космического аппарата, заключающийся в размещении аппарата в вакуумной камере, облучении его наружных поверхностей тепловым потоком, имитирующим натурный внешний тепловой поток, созданный солнечной радиацией, и изменении ориентации аппарата относительно этого потока, отличающийся тем, что в процессе испытаний задают плотности теплового потока и измеряют углы поворота аппарата относительно нормали к базовой плоскости установленных на нем датчиков угловых перемещений, при этом воспроизведение действия натурного внешнего теплового потока на аппарат обеспечивают одновременным изменением угла поворота аппарата относительно указанной нормали и плотности теплового потока, причем синхронизацию поворота испытываемого аппарата и изменения плотности теплового потока осуществляют в соответствии с соотношениями

где

Q - плотность теплового потока от имитатора солнечного излучения, Вт/м2;

QY - плотность теплового потока в направлении оси Y аппарата, имитируемого в данном режиме испытаний, Вт/м2;
QZ - плотность теплового потока в направлении оси Z аппарата, имитируемого в данном режиме испытаний, Вт/м2. 2. Установка для проведения тепловакуумных испытаний космического аппарата, содержащая вакуумную камеру с размещенным внутри нее поворотным устройством для установки на нем космического аппарата и имитатор солнечного излучения, включающий осветительную часть в виде щита со светильниками, проекционную часть, состоящую из зеркально-линзовой оптической системы и входного блока, включающего рассеиватель и плосковыпуклую линзу, и расположенную между осветительной частью и входным блоком заслонку управления интенсивностью излучения с приводом, отличающаяся тем, что заслонка управления интенсивностью излучения выполнена в виде двух сходящихся экранов перекрытия, плоскости которых нормальны к оси оптической системы и смещены по оси относительно друг друга на расстояние, превышающее толщину экрана, при этом в экранах перекрытия выполнены вырезы, образующие проходное сечение для теплового потока в форме квадрата с центром на оси оптической системы и диагональю, совпадающей с направлением перемещения экранов, при этом привод заслонки выполнен с возможностью обеспечения перемещения экранов в зависимости от изменения плотности падающего на испытываемый аппарат теплового потока и угла поворота аппарата.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области космической техники, а более конкретно к наземной отработке теплового режима космических аппаратов преимущественно с высокоточной аппаратурой, требующей обеспечения геометрической стабильности конструктивных элементов. На космических аппаратах, решающих задачи космической связи, исследований природных ресурсов Земли, астрономических наблюдений, устанавливаются высокоточные приборы и оборудование, одним из основных требований к которым является сохранение высокой геометрической стабильности конструктивных элементов в процессе эксплуатации: стабильности формы рабочих поверхностей зеркал, стабильности взаимного расположения оптических элементов телескопов и аппаратуры приема и регистрации излучений исследуемых объектов, стабильности взаимного расположения антенных модулей и т.д. В процессе эксплуатации в условиях переменных тепловых воздействий на стабильность геометрических характеристик аппаратуры определяющее влияние оказывают температурные деформации под воздействием неравномерных и меняющихся по времени температурных полей конструкции космического аппарата. Для космического аппарата с высокоточной аппаратурой исследование термодеформаций и обеспечение заданной геометрической стабильности конструкции является важной задачей при наземной отработке. Наземная экспериментальная отработка проводится в процессе комплексных тепловакуумных испытаний аппарата в вакуумной камере с имитацией внешних воздействий (давления окружающей среды не выше 5
- при произвольных разворотах конструкция аппарата под действием силы тяжести подвергается значительным деформациям, величина которых соизмерима или превышает термодеформации, характерные для натурных условий эксплуатации аппарата, следовательно, последние не могут быть определены при тепловакуумной отработке аппарата;
- при испытании крупногабаритных космических аппаратов рабочий объем вакуумной камеры часто не позволяет проводить необходимые развороты аппарата;
- при изменении интенсивности излучения не обеспечивается равномерное распределение по световому пятну теплового потока. Указанные недостатки не позволяют проводить исследования термических деформаций в процессе комплексных тепловакуумных испытаний аппарата, что снижает информативность данных испытаний и требует проведения дополнительных работ. Технической задачей, решаемой данным изобретением, является повышение информативности комплексных тепловакуумных испытаний космических аппаратов и сокращение продолжительности испытаний за счет совмещения исследований по определению температурного и термодеформационного состояний конструкции. Эта задача решается следующим образом. При проведении тепловакуумных испытаний космического аппарата (КА) его размещают в вакуумной камере, облучают его наружные поверхности тепловым потоком от имитатора солнечного излучения и изменяют ориентацию КА относительно этого потока. В процессе испытаний задают плотности теплового потока и измеряют углы поворота аппарата относительно нормали к базовой плоскости установленных на нем датчиков угловых перемещений, при этом воспроизведение натурного внешнего теплового воздействия на КА осуществляют одновременным изменением угла поворота КА вокруг указанной нормали и плотности теплового потока, причем синхронизацию поворота испытываемого аппарата и изменение плотности теплового потока осуществляют в соответствии с соотношениями


где

Q - плотность теплового потока от имитатора солнечного излучения;

QY - плотность теплового потока от имитатора солнечного излучения в направлении оси Y аппарата, имитируемого в данном режиме испытаний, Вт/м2;
QZ - плотность теплового потока от имитатора солнечного излучения в направлении оси Z аппарата, имитируемого в данном режиме испытаний, Вт/м2. Поставленная техническая задача решается также за счет того, что в установке для проведения тепловакуумных испытаний, содержащей вакуумную камеру с размещенным внутри нее поворотным устройством для установки на нем космического аппарата и имитатор солнечного излучения, включающий осветительную часть в виде щита со светильниками, проекционную часть, состоящую из зеркально-линзовой оптической системы и входного блока, включающего рассеиватель и плосковыпуклую линзу, и расположенную между осветительной частью и входным блоком заслонку управления интенсивностью излучения с приводом, указанная заслонка выполнена в виде двух сходящихся экранов перекрытия, плоскости которых нормальны к оси оптической системы и смещены по оси относительно друг друга на расстояние, превышающее толщину экрана, при этом в экранах перекрытия выполнены вырезы, образующие проходное сечение для теплового потока, в форме квадрата с центром на оси оптической системы и диагональю, совпадающей с направлением перемещения экранов, при этом привод заслонки выполнен с возможностью обеспечения перемещения экранов в зависимости от плотности теплового потока светового щита, а также синхронизации движения поворотного устройства и перемещения экранов заслонки. Установка на аппарат датчиков угловых перемещений и вращение аппарата только вокруг нормали к базовой плоскости датчиков с одновременным обеспечением изменения плотности теплового потока позволяют получить натурные условия испытания КА и при этом исключить деформации под действием силы тяжести и, следовательно, повысить информативность тепловакуумных испытаний за счет совмещения исследований по определению температурного и термодеформационного состояний конструкции, а значит и сократить продолжительность наземной отработки КА. Обеспечение переменной по времени плотности теплового потока достигают за счет изменения конструкции имитатора солнечного излучения, в частности за счет выполнения специальной заслонки в виде сходящихся экранов и синхронизации движения поворотного устройства и заслонки в соответствии с приведенными выше соотношениями (1) и (2). Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 показан общий вид вакуумной камеры;
на фиг. 2 - имитатор солнечного излучения и часть вакуумной камеры с входным блоком и проекционной частью;
на фиг.3 - конструкция заслонки в двух видах;
на фиг. 4 - графики зависимости плотности теплового потока от имитатора солнечного излучения и угла поворота поворотного устройства от времени. Установка для проведения тепловакуумных испытаний КА включает в себя осветительную часть имитатора солнечного излучения в виде светового щита 1 со светильниками 2 (см. фиг.2), а также вакуумную камеру 3, внутри которой смонтированы поворотное устройство 4 и проекционная часть имитатора солнечного излучения, состоящая из зеркально-линзовой оптической системы 5 и входного блока, включающего рассеиватель 6 и плосковыпуклую линзу 7. Рассеиватель 6 входного блока представляет собой кварцевую пластину, на которой нанесена совокупность цилиндрических канавок во взаимно перпендикулярных направлениях. Такая конструкция позволяет рассеивать свет по двум направлениям, создавая крестообразные полосы, которые укладываются в рабочей зоне, стыкуясь по границам друг с другом. Между световым щитом 1 осветительной части и рассеивателем 6 входного блока установлена заслонка управления интенсивностью излучения с приводом (привод не показан). Заслонка выполнена в виде двух сходящихся экранов перекрытия 8, плоскости которых нормальны к оси оптической системы 5 и смещены по оси относительно друг друга на расстояние, превышающее толщину экрана 8. Одним из условий равномерного светораспределения в пятне от каждого светильника 2 при изменении площади проходного сечения в экранах 8 заслонки является сохранение формы проходного сечения экранов 8. Для этого в экранах 8 выполнены вырезы в форме квадрата с центром на оси оптической системы 5 и диагональю, совпадающей с направлением перемещений экранов 8. Размеры проходного сечения определены текущим положением экранов 8, которое изменяется с помощью привода по соотношению:

где l - расстояние от вершины выреза в экране 8 до оси оптической системы, м;
r - радиус линзы 7 входного блока, м;
Q - плотность теплового потока, которую необходимо получить на выходе из проекционной части имитатора, Вт/м2;
So - плотность теплового потока, на которую настроен световой щит 1 осветительной части имитатора, Вт/м2;

- редуктор;
- электродвигатель ДБМ 63-0,06-3-2 ОСТ 160.515.076-85 - 2 шт.;
- соединитель ОС РС-32 АТВ - 2 шт.;
- светодиод 3Л107Б ФЫО.336.005 ТУ - 8 шт.;
- фотодиод ФД-10К АГЦ3.368.029 ТУ - 8 шт. Привод обеспечивает неограниченный угол поворота выходного вала как по прямому, так и по обратному ходу. Электродвигатели привода имеют датчик положения ротора в виде пары дублированных фотоэлектрических датчиков. Тепловакуумные испытания осуществляются следующим образом. Расчитывают зависимости плотности теплового потока, подводимого к аппарату 9, и угла поворота поворотного устройства 4 от времени (см. фиг.4), которые обеспечивают имитацию натурных тепловых воздействий на аппарат 9 по осям







Класс B64G7/00 Имитация космических условий, например для установления условий жизнеобеспечения