РОЗРОБКА МОДЕЛЕЙ РОЗКРИТТЯ СТЕРЖНЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ ДЛЯ АВАРІЙНО-РЯТУВАЛЬНИХ РОБІТ У НЕВАГОМОСТІ
DOI:
https://doi.org/10.32347/0131-579X.2022.102.100-126Ключові слова:
стержнева конструкція, процес розкриття у космосі, маніпулятор для захвату тіл, рівняння Лагранжа другого родуАнотація
Для виконання аварійно-рятувальних робіт в умовах невагомості запропоновано спосіб формоутворення стержневих конструкцій, елементи яких поєднані подібно чотириланковому маятнику. Переміщення ланок конструкції відбуваються завдяки дії імпульсів піротехнічних двигунів на кінцеві точки ланок. Опис руху одержаного інерційного розкриття стержневої конструкції виконано за допомогою рівняння Лагранжа другого роду, і, зважаючи на умови невагомості, побудованого з використанням лише кінетичної енергії системи.
Актуальність теми визначається необхідністю удосконалення та дослідження нових технологічних схем розкриття каркасів космічних інфраструктур. У тому числі - каркасів конструкцій механічних захватів (типу «руки робота»), розташованих зовні космічних апаратів.
На основі інерційного розкриття чотириланкових стержневих конструкцій розроблено схеми дії маніпуляторів для захвату циліндричних тіл, осі яких розташовано паралельно або перпендикулярно відносно поверхні космічного апарату. Визначено параметри та початкові умови запуску руху чотириланкової стержневої конструкції з метою одержання необхідного розташування ланок. Показано, що для впроваджень варіантів інерційного розкриття необхідно застосувати комплект уніфікованих піротехнічних пристроїв, величини імпульсів яких визначаються координатами вектора U¢={0.1, 1.9, 1.3, 2.5} умовних одиниць.
Результати призначено для геометричного моделювання варіантів розкриття чотириланкових стержневих конструкцій в умовах невагомості. Наприклад, каркасів для орбітальних інфраструктур, а також механічних маніпуляторів для захвату космічних об’єктів
Посилання
Література
Алпатов А.П. Динаміка перспективних космічних апаратів. Вісник НАН України. 2013. Вип. 7. C. 6–13.
Зимин В.Н., Крылов А.В., Мешковский В.Е., Сдобников А.Н., Файзуллин Ф.Р., Чурилин С.А Особенности расчета раскрытия крупногабаритных трансформируемых конструкций различных конфигураций. Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. Вып. 10. С. 179–191. doi: https://doi.org/10.7463/1014.0728802.
Yan X., Fu-ling G., Yao Z., Mengliang Z. Kinematic analysis of the deployable truss structures for space applications. Journal of Aerospace Technology and Management. 2012. Vol. 4, Issue 4. P. 453–462. DOI: https://doi.org/10.5028/jatm.2012.04044112
Deployable Perimeter Truss with Blade Reel Deployment Mechanism. URL: https://www.techbriefs.com/component/content/article/tb/techbriefs/mechanics-and-machinery/24098
Буянова Л.В., Журавлёв Е.И. Методика проектирования пиротехнических устройств систем отделения. Инженерный вестник. 2015. Вып. 7. C. 56–62.
Szuminski W. Dynamics of multiple pendula without gravity. Chaotic Modeling and Simulation. 2014. Vol. 1. P. 57–67. URL: http://www.cmsim.eu/papers_pdf/january_2014_papers/7_CMSIM_Journal_2014_Szuminski_1_57-67.pdf.
Lopes A.M., Tenreiro Machado J.A. Dynamics of the N-link pendulum: a fractional perspective. International Journal of Control. 2016. Vol. 90, Issue 6. P. 1192–1200. doi: https://doi.org/10.1080/00207179.2015.1126677
Udwadia F.E., Koganti P.B. Dynamics and control of a multi-body planar pendulum. Nonlinear Dynamics. 2015. Vol. 81, Issue 1-2. P. 845–866. doi: https://doi.org/10.1007/s11071-015-2034-0
Martınez-Alfaro H. Obtaining the dynamic equations, their simulation, and animation for N pendulums using Maple. URL: http://www2.esm.vt.edu/~anayfeh/conf10/Abstracts/martinez-alfaro.pdf
Юдинцев В.В. Моделирование процессов раскрытия многоэлементных конструкций космических аппаратов. Полет. 2012. Вып. 5. С. 28–33.
Бакулин Д.В., Борзых С.В., Ососов Н.С., Щиблев Ю.Н. Моделирование процесса раскрытия солнечных батарей. Математическое моделирование. 2004. Т. 16, Вып. 6. С. 88–92.
Gmiterko A., Grossman M. N-link Inverted Pendulum Modeling. Recent Advances in Mechatronics. 2010. P. 151–156. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-05022-0_26
Анохин Н.В. Приведение многозвенной стержневой конструкции в положение равновесия с помощью одного управляющего момента. Изв. РАН. Теория и системы управления. 2013. Вып. 5. С. 44–53.
Ананьевский И.М., Анохин Н.В. Управление пространственным движением многозвенного перевернутого маятника с помощью момента, приложенного к первому звену. Прикладная математика и механіка. 2014. Т. 78, Вып. 6. С. 755–765.
Бушуев А.Ю., Фарафонов Б.А. Математическое моделирование процесса раскрытия солнечной батареи большой площади. Математическое моделирование и численные методы. 2014. Вып. 2. С. 101–114.
Бушуев А.Ю. Проектирование тросовой системы раскрытия многозвенной конструкции солнечной батареи в условиях неопределенности. Инженерный журнал: наука и инновации. 2017. Вып. 1. С. 1–11.
Бушуев А.Ю. Математическая модель дублирующей системы раскрытия солнечной батареи большой площади. Инженерный журнал: наука и инновации. 2017. Вып. 2. С. 1–11.
Бушуев А.Ю., Фарафонов Б.А. Оптимизация параметров тросовой системы раскрытия многозвенной конструкции солнечной батареи. Инженерный журнал: наука и инновации. 2015. Вып. 7.
Крылов А.В., Чурилин С.А. Моделирование развертывания многозвенных замкнутых космических конструкцій. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер.: Машиностроение. 2012. С. 80–91.
Крылов А.В., Чурилин С.А. Моделирование раскрытия солнечных батарей различных конфигураций. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер.: Машиностроение. 2011. Вып 1. С. 106–111.
Куценко Л. М., Запольський Л. Л. Геометричне моделювання розгортання у невагомості багатоланкової конструкції з інерційним розкриттям. Вісник Херсонського національного технічного університету. 2017. Т. 2. Вип. 3 (62). С. 284–291.
Kutsenko L., Shoman O., Semkiv O., Zapolsky L., Adashevskay I., Danylenko V. et. al. Geometrical modeling of the inertial unfolding of a multi-link pendulum in weightlessness. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 6, Issue 7 (90). P. 42–50. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.114269
Куценко Л.М., Піксасов М.М., Запольський Л.Л. Ілюстрації до геометричного моделювання інерційного розкриття багатоланкового маятника у невагомості.
URL: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/4868
Kutsenko L., Semkiv O., Zapolskiy L., Shoman O., Ismailova N., Vasyliev S. et. al. Geometrical modeling of the shape of a multilink rod structure in weightlessness under the influence of pulses on the end points of its links. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. Vol. 2, Issue 7 (92). P. 44–58. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.126693
Куценко Л.М., Піксасов М.М., Запольський Л.Л. Ілюстрації до статті геометричне моделювання процесу розкриття стержневих конструкцій у невагомості.
URL: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/6335
Куценко Л.М., Піксасов М.М., Запольський Л.Л. Геометричне моделювання розкриття у невагомості деяких просторових стержневих конструкцій. URL: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/7051
References
Alpatov, A. P. (2013). Dynamika perspektyvnykh kosmichnykh aparativ. Visnyk NAN Ukrainy, 7, 6–13.
Zimin, V., Krylov, A., Meshkovskii, V., Sdobnikov, A., Fayzullin, F., Churilin, S. (2014). Features of the Calculation Deployment Large Transformable Structures of Different Configurations. Science and Education of the Bauman MSTU, 10, 179–191. doi: https://doi.org/10.7463/1014.0728802
Yan, X., Fu-ling, G., Yao, Z., Mengliang, Z. (2012). Kinematic analysis of the deployable truss structures for space applications. Journal of Aerospace Technology and Management, 4 (4), 453–462. doi: https://doi.org/10.5028/jatm.2012.04044112
Deployable Perimeter Truss with Blade Reel Deployment Mechanism. Available at:
https://www.techbriefs.com/component/content/article/tb/techbriefs/mechanics-and-machinery/24098
Buyanova, L. V., Zhuravlev, E. I. (2015). Metodika proektirovaniya pirotekhnicheskih ustroystv sistem otdeleniya. Inzhenerniy vestnik, 07, 56–62.
Szuminski, W. (2014). Dynamics of multiple pendula without gravity. Chaotic Modeling and Simulation, 1, 57–67. Available at: http://www.cmsim.eu/papers_pdf/january_2014_papers/7_CMSIM_Journal_2014_Szuminski_1_57-67.pdf
Lopes, A. M., Tenreiro Machado, J. A. (2016). Dynamics of the N-link pendulum: a fractional perspective. International Journal of Control, 90 (6), 1192–1200. doi: https://doi.org/10.1080/00207179.2015.1126677
Udwadia, F. E., Koganti, P. B. (2015). Dynamics and control of a multi-body planar pendulum. Nonlinear Dynamics, 81 (1-2), 845–866. doi: https://doi.org/10.1007/s11071-015-2034-0
Martınez-Alfaro, H. Obtaining the dynamic equations, their simulation, and animation for N pendulums using Maple. Available at: http://www2.esm.vt.edu/~anayfeh/conf10/Abstracts/martinez-alfaro.pdf
Yudincev, V. V. (2012). Modelirovanie processov raskrytiya mnogoelementnyh konstrukciy kosmicheskih apparatov. Polet, 5, 28–33.
Bakulin, D. V., Borzyh, S. V., Ososov, N. S., Shchiblev, Yu. N. (2004). Modelirovanie processa raskrytiya solnechnyh batarey. Matematicheskoe modelirovanie, 16 (6), 88–92.
Gmiterko, A., Grossman, M. (2010). N-link Inverted Pendulum Modeling. Recent Advances in Mechatronics, 151–156. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-05022-0_26
Anohin, N. V. (2013). Privedenie mnogozvennogo sterzhnevoy konstrukcii v polozhenie ravnovesiya s pomoshch'yu odnogo upravlyayushchego momenta. Izv. RAN. Teoriya i sistemy upravleniя, 5, 44–53.
Anan'evskiy, I. M., Anohin, N. V. (2014). Upravlenie prostranstvennym dvizheniem mnogozvennogo perevernutogo mayatnika s pomoshch'yu momenta, prilozhennogo k pervomu zvenu. Prikladnaya matematika i mekhanіka, 78 (6), 755–765.
Bushuev, A. Yu., Farafonov, B. A. (2014). Matematicheskoe modelirovanie processa raskrytiya solnechnoy batarei bol'shoy ploshchadi. Matematicheskoe modelirovanie i chislennye metody, 2, 101–114.
Bushuev, A. Yu. (2017). Proektirovanie trosovoy sistemy raskrytiya mnogozvennoy konstrukcii solnechnoy batarei v usloviyah neopredelennosti. Inzhenerniy zhurnal: nauka i innovacii, 1, 1–11.
Bushuev, A. Yu. (2017). Matematicheskaya model' dubliruyushchey sistemy raskrytiya solnechnoy batarei bol'shoy ploshchadi. Inzhenerniy zhurnal: nauka i innovacii, 2, 1–11.
Bushuev, A. Yu., Farafonov, B. A. (2015). Optimizaciya parametrov trosovoy sistemy raskrytiya mnogozvennoy konstrukcii solnechnoy batarei. Inzhenerniy zhurnal: nauka i innovacii, 7.
Krylov, A. V., Churilin, S. A. (2012). Modelirovanie razvertyvaniya mnogozvennyh zamknutyh kosmicheskih konstrukciy. Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Ser.: Mashinostroenie, 80–91.
Krylov, A. V., Churilin, S. A. Modelirovanie raskrytiya solnechnyh batarey razlichnyh konfiguraciy. Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Ser.: Mashinostroenie, 1, 106–111.
Kutsenko, L. M., Zapolskyi, L. L. (2017). Heometrychne modeliuvannia rozghortannia u nevahomosti bahatolankovoi konstruktsiyi z inertsiynym rozkryttiam. Visnyk Khersonskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu, 2 (3 (62)), 284–291.
Kutsenko, L., Shoman, O., Semkiv, O., Zapolsky, L., Adashevskay, I., Danylenko, V. et. al. (2017). Geometrical modeling of the inertial unfolding of a multi-link pendulum in weightlessness. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (7 (90)), 42–50. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.114269
Kutsenko, L. M., Piksasov, M. M., Zapolskyi, L. L. Iliustratsiyi do heometrychnoho modeliuvannia inertsiynoho rozkryttia bahatolankovoho maiatnyka u nevahomosti. Available at: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/4868
Kutsenko, L., Semkiv, O., Zapolskiy, L., Shoman, O., Ismailova, N., Vasyliev, S. et. al. (2018). Geometrical modeling of the shape of a multilink rod structure in weightlessness under the influence of pulses on the end points of its links. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (7 (92)), 44–58. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.126693
Kutsenko L. M., Piksasov M. M., Zapolskyi L. L. Iliustratsiyi do statti heometrychne modeliuvannia protsesu rozkryttia sterzhnevykh konstruktsiyi u nevahomosti. Available at:
http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/6335
Kutsenko, L. M., Piksasov, M. M., Zapolskyi, L. L. Heometrychne modeliuvannia rozkryttia u nevahomosti deiakykh prostorovykh sterzhnevykh konstruktsiy. Available at: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/7051
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Куценко Л., Калиновський А., Сухарькова О.І.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
