Реферат наукової роботи в галузі природничих наук поданої на здобуття премії Президента України для молодих вчених



Дата конвертації14.06.2017
Розмір74.1 Kb.
ТипРеферат
Міністерство освіти і науки України

Кіровоградський національний технічний університет



РЕФЕРАТ

наукової роботи в галузі природничих наук

поданої на здобуття премії Президента України для молодих вчених


Стабілізація осі обертання

штучних супутників Землі та космічних апаратів

пасивними автобалансирами


Пирогов Володимир Васильович – кандидат фізико-математичних наук,

доцент кафедри деталей машин та прикладної механіки




Кіровоградський національний технічний університет

Вступ
У зв’язку із збільшенням об’єму задач, які покладаються на штучні супутники Землі і космічні апарати, виникає необхідність стабілізувати їх під час польоту. Стабілізовані під час польоту штучні супутники Землі та космічні апарати мають кращі умови для вимірювань і спостережень, які проводяться у космічному просторі, кращі інформаційні властивості направлених антен, більшу ефективність сонячних батарей; кращі умови для терморегуляції і ін.

Успіх науково-дослідних робіт, які проводяться в космічному просторі за допомогою літальних апаратів, в більшості залежить від технічних і експлуатаційних характеристик систем стабілізації. Тому виникає необхідність в простих, надійних, точних, легких, працюючих довгий час з мінімальними витратами енергії системах стабілізації штучних супутників Землі і космічних апаратів.

Крім того, у зв’язку з науково-технічним прогресом в космічній галузі останніми роками прослідковується тенденція зменшення розмірів і маси КА. Розвиток національних освітніх, аерокосмічних програм різних країн, зокрема США (“CubeSat”, “ION-F”, “Constellation Pathfinder”), Японії (“TokyoTech”), Канади (“CanX”), Італії (“UniSat”), України (“Освiта-КА”) та ін., показує, що кількість малих КА, на яких використовують пасивні способи стабілізації, поступово зростає.

У зв’язку з вищесказаним значний науковий і практичний інтерес представляє розробка пасивних систем стабілізації, які характеризуються необмеженим ресурсом роботи, простотою, надійністю, малою масою.



Метою роботи є розробка пасивної системи стабілізації осі обертання штучних супутників Землі та космічних апаратів пасивними автобалансирами із твердими тілами.

Основний зміст роботи
Важливими етапами розробки пасивної системи стабілізації осі обертання штучних супутників Землі та космічних апаратів пасивними автобалансирами із твердими тілами є наступні: побудува теоретико-механічних моделей руху системи супутник-автобалансир; дослідження процесу стабілізації (усунення кутів нутації і незрівноваженості) пасивними автобалансирами (кульовими, маятниковими і рідинними); виділення і дослідження стійкості усталених рухів; оцінка величини відхилення осі обертання штучних супутників Землі та космічних апаратів від їх подовжньої осі при неправильному встановленні автобалансирів; оцінка характеру перебігу перехідних процесів.

Для дослідження процесу стабілізації осі обертання штучних супутників Землі та космічних апаратів пасивними автобалансирами із твердими тілами використовувались енергетичний метод та теорія умовної стійкості стаціонарних рухів нелінійних автономних систем, зокрема – теорія стійкості за першим наближенням (перший метод Ляпунова).

Було показано, що принцип дії різних типів пасивних демпферів кута нутації (маятникових, кульових та рідинних), під час усунення кута нутації, однаковий. Наближений закон зміни кута нутації можна використовувати для будь-яких типів пасивних демпферів кута нутації, причому він виконується лише для великих кутів нутації і не виконується для малих. Встановлено, що пасивні демпфери кута нутації ефективні для зменшення кута нутації тільки у випадку сплюснутого штучного супутника Землі та космічного апарата. На швидкість зміни кута нутації істотно впливають співвідношення між осьовими моментами інерції супуника (надалі несучого тіла) та коефіцієнт сил в’язкого опору. При перевищенні певної граничної відстані від центра мас несучого тіла до площини зрівноваження автобалансира, з’являється залишковий кут нутації.

Побудовані плоска (несуче тіло здійснює плоскопаралельний рух) і просторова (несуче тіло здійснює просторовий рух) теоретико-механічні моделі системи супутник-автобалансир, складених з несучого тіла, нерухомих відносно несучого тіла матеріальних точок, які створюють його незрівноваженість, та математичних маятників, насаджених на подовжню вісь несучого тіла, і відносному руху яких перешкоджають сил в’язкого опору.

В рамках плоскої і просторової моделі системи супутник-автобалансир, складеної з обертового несучого тіла, матеріальної точки, що створює його статичну незрівноваженість, та двох однакових математичних маятників, що насаджені на подовжню вісь несучого тіла і рухаються у площині статичної незрівноваженості, встановлено, що існують основні (в яких вісь обертання співпадає з подовжньою віссю, тобто відбувається стабілізація) та побічні (в яких вісь обертання не співпадає з подовжньою віссю, стабілізації осі обертання не відбувається) рухи.

Встановлено, що при правильному встановленні автобалансирів у супутнику асимптотично стійкими є основні рухи, а побічні нестійкі. У випадку, коли маса маятників набагато менша маси системи, перехідні процеси в залежності від параметрів системи можуть бути аперіодично- або коливально-затухаючі.



НАУКОВА НОВИЗНА РОБОТИ
У роботі вперше були одержані такі основні результати.

1. Побудовані плоска і просторова моделі системи супутник-автобалансир, складених з нерівноваженого несучого тіла (супутника) та математичних маятників, насаджених на його подовжню вісь, відносному руху яких перешкоджають сили в’язкого опору.

2. Встановлена аналогія у роботі маятникових, кульових і рідинних автобалансирів при: усуненні великих кутів нутації, викликаних неточним наданням початкового обертання несучому тілу; створенні залишкового кута нутації при неправильному встановленні автобалансирів (на відстані до центра мас несучого тіла більшої за граничну). Досліджений процес усунення великих кутів нутації цими автобалансирами.

3. Для плоскої та просторової моделі системи супутник-автобалансир встановлено, що:



  • коли незрівноваженість є і автобалансир може її усунути з певним запасом, існує один основний рух;

  • коли незрівноваженість відсутня, існує однопараметрична сім’я основних рухів;

  • коли незрівноваженість максимальна, яку може усунути автобалансир, існує один основний рух, але він породжує псевдосім’ю основних рухів.

4. Для плоскої моделі системи супутник-автобалансир встановлено, що побічні рухи нестійкі.

5. Для просторової моделі системи супутник-автобалансир, за умови, що площина маятників співпадає із площиною статичної незрівноваженості і відстань від центра мас несучого тіла (супутника) до площини зрівноваження не перевищує певного граничного значення, та для плоскої моделі системи супутник-автобалансир з двома маятниками встановлено, що:



  • умовно асимптотично стійкими є окремі основні рухи, якщо вони ізольовані, чи сім’я, або псевдосім’я основних рухів;

  • в залежності від параметрів системи, перехідні процеси можуть бути аперіодично- або коливально-затухаючі.


ПРАКТИЧНА ЗНАЧИМІСТЬ РОБОТИ
Робота в галузі природничих наук “Стабілізація осі обертання штучних супутників Землі та космічних апаратів пасивними автобалансирами” є актуальною і має важливе значення як для теоретичних досліджень динаміки систем зв’язаних абсолютно твердих тіл, так і для авіаційної та аерокосмічної техніки, зокрема для обертових штучних супутників Землі та космічних апаратів, які використовуються для супутникового зв’язку, космічних метеорологічних систем, пошуку і розвідки корисних копалин, інженерно-геологічних досліджень, космічної геодезії, обслуговування морського транспорту, розвідки водних ресурсів, лісного господарства, моніторингу посівів і визначення термінів виконання сільськогосподарських робіт і т.д.

У роботі вперше у світовій практиці розроблений пасивний спосіб повного усунення незрівноваженості, великих і малих кутів нутації обертових твердих тіл пасивним автобалансирами з твердими тілами, зокрема космічних апаратів, штучних супутників Землі стабілізованих обертанням. Такий спосіб стабілізації не потребує внутрішніх та зовнішніх джерел енергії, конструктивно надійний і відносно простий в реалізації. Крім того показано, що такий спосіб вперше дозволяє досягти високої точності стабілізації обертових штучних супутників Землі та космічних апаратів без застосування активних систем стабілізації і орієнтації, які на декілька порядків дорожче запропонованого способу.

Результати роботи можуть бути реалізовані на закордонних і вітчизняних підприємствах, що випускають штучні супутники Землі, космічні апарати, зокрема в Україні (підприємство КБ “Південне”), в США (підприємства “Lockheed Martin Commercial Space Systems”, “Orbital Sciences Corporation”, “Boeing Satellite Systems International Inc”, “Space Systems/Loral”), в Китаї (підприємства “China Aerospace Science and Industry Corporation”, “China Aerospace Science and Technology Corporation”), в Індії (підприємство “Indian Space Research Organization”), в Європі (підприємства “Thales Alenia Space”, “EADS Astrium”), у Росії (підприємства “Информационные спутниковые системы имени М.Ф. Решетнева”, “НПО имени С. А. Лавочкина”, ОАО “Корпорация ВНИИЭМ”).

Наукові результати роботи можуть бути використані у відповідних дослідженнях в Інституті механіки ім. С. П. Тимошенка НАН України, Київському національному університеті ім. Тараса Шевченка, Дніпропетровському національному університеті імені Олеся Гончара, Інституті прикладної математики і механіки НАН України та інших наукових та науково-дослідних інститутах відповідного профілю.


ЗАГАЛЬНА КІЛЬКІСТЬ ПУБЛІКАЦІЙ
Основні результати наукової роботи опубліковані в 22 друкованих працях, до яких входять 1 монографія, 4 статті у міжнародних перевідних журналах, що входять до бази даних SCOPUS, 11 статей у наукових фахових виданнях України, 1 депонована робота, 5 публікацій тез доповідей на міжнародних наукових конференціях. Результати роботи увійшли до заключного звіту держбюджетної теми ”Динаміка обертових тіл з автобалансирами”, держреєстрація № 0108U001326.

Претендент на здобуття



премії Президента України

для молодих вчених В.В. Пирогов
Каталог: sites -> default -> files
files -> Положення про порядок підготовки фахівців ступенів доктора філософії та доктора наук в аспірантурі (ад’юнктурі) та докторантурі вищих навчальних закладів
files -> Відділ аспірантури та докторантури Уманського державного педагогічного університету імені Павла Тичини
files -> Київський національний університет імені Тараса Шевченка
files -> Програма вступного іспиту до аспірантури зі спеціальності 22. 00. 03 соціальні структури та соціальні відносини Затверджено
files -> Культура Античності. Культура Давньої Греції
files -> Системотехнічні засади та інструментально-програмні засоби створення та підтримки цифрових словників сидорчук надія Миколаївна
files -> Міністерство освіти І науки україни державний економіко-технологічний університет транспорту
files -> Конспект лекцій для студентів усіх спеціальностей освітньо-кваліфікаційних рівнів «спеціаліст»,
files -> Конструкції для енергоефективного відновлення забудови, постраждалої від надзвичайних ситуацій


Поділіться з Вашими друзьями:




База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2020
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка