Геометричне моделювання розкриття у невагомості стержневої конструкції у вигляді подвійного сферичного маятника

Abstract

We investigated the geometric model of the new technique for unfolding a rod structure, similar to the double spherical pendulum, in weightlessness. Displacements of elements occur due to the pulses from pyrotechnic jet engines acting on the endpoints of links. The motion of the obtained inertial unfolding of a rod structure was described using a Lagrange equation of the second kind. Given the conditions of weightlessness, it was built applying only the kinetic energy of the system.The relevance of the chosen subject is emphasized by the need to choose and study the process of activation of the unfolding of a spatial rod structure. The proposed possible drivers are the pulse pyrotechnic jet engines installed at endpoints of the structure's links. They are lighter and cheaper compared, for example, to electric motors or spring devices. In addition, they are more efficient economically when the process of unfolding a structure in orbit is planned to be performed only once.We propose a technique for determining the parameters and initial conditions for initiating the oscillations of a double rod structure in order to obtain a cyclic trajectory of the endpoint of the second link. That makes it possible to avoid, when calculating the process of transformation, the chaotic movements of the structure's elements. We built the time-dependent charts of change in the functions of generalized coordinates, as well as the first and second derivatives from these functions. Therefore, there is a possibility to estimate the force characteristics of the system at the moment of braking (locking) the process of unfolding.The results are intended for the geometric modeling of one of the variants for unfolding the large-sized structures under conditions of weightlessness, for example, force frames for solar mirrors or space antennas, as well as other large-scale orbital infrastructures.Исследована геометрическая модель нового способа раскрытия в условиях невесомости стержневой конструкции, аналогичной двойному сферическому маятнику. Перемещения элементов конструкции происходят благодаря воздействию импульсов пиротехнических реактивных двигателей на конечные точки звеньев. Описание движения полученного инерционного раскрытия стержневой конструкции выполнено при помощи уравнения Лагранжа второго рода. И, учитывая условия невесомости, построенного с использованием лишь кинетической энергии системы.На актуальность избранной темы указывает необходимость выбора и исследование процесса активизации раскрытия пространственной стержневой конструкции. В качестве возможных движителей предлагается использовать импульсные пиротехнические реактивные двигатели, установленные на конечных точках звеньев конструкции. Более легкие и более дешевые по сравнению, например, с электродвигателями или пружинными устройствами. А также экономически более выгодные, когда процесс раскрытия конструкции на орбите планируется выполнить лишь один раз.Предложен способ определения параметров и начальных условий инициирования колебаний двойной стержневой конструкции с целью получения циклической траектории конечной точки второго звена. Это позволяет при расчетах процесса трансформирования избежать хаотичных движений элементов конструкции. Построены графики изменения во времени функций обобщенных координат, а также первых и вторых производных этих функций. Поэтому появилась возможность оценить силовые характеристики системы в момент торможения (стопорения) процесса раскрытия.Результаты предназначены для геометрического моделирования одного из вариантов раскрытия крупногабаритных конструкций в условиях невесомости, например, силовых каркасов для солнечных зеркал или космических антенн, а также других масштабных орбитальных инфраструктурДосліджено геометричну модель нового способу розкриття в умовах невагомості стержневої конструкції, подібної подвійному сферичному маятнику. Переміщення елементів конструкції відбуваються завдяки дії імпульсів піротехнічних реактивних 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.На актуальність обраної теми вказує необхідність вибору та дослідження процесу активізації розкриття просторової стержневої конструкції. В якості рушіїв пропонується використати імпульсні піротехнічні реактивні двигуни, встановлені на кінцевих точках ланок конструкції. Легші і дешевші порівняно, наприклад, з електродвигунами або пружинними пристроями. А також економічно вигідніші, коли процес розкриття конструкції на орбіті планується виконати лише один раз.Запропоновано спосіб визначення параметрів та початкових умов ініціювання коливань подвійної стержневої конструкції з метою одержання циклічної траєкторії кінцевої точки другої ланки. Це дозволяє при розрахунках процесу трансформування уникати хаотичних рухів елементів конструкції. Побудовано графіки зміни у часі функцій узагальнених координат, а також перших та других похідних цих функцій. Тому з’явилася можливість оцінити силові характеристики системи в момент гальмування (стопоріння) процесу розкриття.Результати можуть використовуватися як геометричні можливого варіанта розкриття великогабаритних об’єктів в умовах невагомості, наприклад, силових каркасів космічних антен чи фермених конструкцій, а також інших орбітальних інфраструкту

    Similar works