ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

UDC 629.5

Технічна механіка, 2023, 4, 3- 14

МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМИ РОЗГОРТАННЯ ТРОСОВО-ШКІВНИХ СТРИЖНЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ, ЩО ТРАНСФОРМУЮТЬСЯ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2023.04.003

Шамаханов В. К., Хорошилов С. В.

Шамаханов В. К.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Хорошилов С. В.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      Метою статті є розробка спрощеного метода моделювання тросових систем розгортання стрижневих систем, що дозволяє визначити натяг тросів та вузлові рушійні сили з урахуванням тертя та інших особливостей розглянутої системи.
      При проведенні досліджень використані методи теоретичної механіки, систем зв’язаних тіл, чисельного розв’язання систем диференційних рівнянь та комп'ютерного моделювання.
      Розглянута задача розробки спрощеного методу моделювання тросових систем розгортання стрижневих конструкцій. Запропоновано визначати вузлові рушійні сили шляхом розрахунку натягу тросів з урахуванням тертя та інших особливостей стрижневої конструкції, тросів та шківів.
      При створенні моделі тросової системи розгортання в якості об’єкта дослідження було обрано стрижневу систему, яка представляє собою дві секції опорної ферми рефлектора, що трансформуються. Кожна секція формується із діагональних та горизонтальних стрижнів трубчатого поперечного перерізу. Секції поєднані між собою шарнірними вузлами. Конструкція розгортається за допомогою верхнього та нижнього тросів, що проходять через систему шківів та натягуються за допомогою електродвигуна. Зусилля, що розгортають, реалізуються шляхом передачі конструкції сил натягу троса за рахунок статичного тертя та тиску між тросом та шківами. Для подальшої реалізації моделі у програмному пакеті з відкритим кодом зроблено деякі спрощення, які обумовлені складністю конструкції.
      Розроблено спрощений метод розрахунку вузлових рушійних сил при моделюванні розгортання стрижневих конструкцій за допомогою тросів. Отримано залежності натягу, подовження, послаблення та зміни нейтральної довжини троса від часу, а також зміни з часом сил, що передаються шківам від троса. З використанням цих результатів проведено комп’ютерне моделювання процесу розгортання стрижневої конструкції для випадку постійної швидкості намотки тросів лебідкою. Результати дають змогу контролювати час та швидкість розгортання стрижневих систем в залежності від характеристик та сил натягу тросів.
      Запропонований підхід реалізовано з використанням загально доступного програмного забезпечення. Цей підхід дозволяє забезпечити гнучкість моделювання та скоротити час створення та розрахунку моделей.
     

тросова система розгортання; конструкції, що трасформуються; багатотільна динаміка; відкрите програмне забезпечення; гнучкий стрижень

1. Duan B., Zhang Y., Du J. Large Deployable Satellite Antennas: Design Theory. Methods and Applications Springer Nature. 2020. 271 pр. https://doi.org/10.1007/978-981-15-6033-0

2. Khoroshylov S., Shamakhanov V., Vasyliev V. Modeling of centrifugal deployment of three-section minisatellite boom. Technical mechanics. 2021. No. 4. Pр. 56–65. https://doi.org/10.15407/itm2021.04.0567

3. Peng Y, Zhao Z., Zhou M., He J., Yang J., Xiao Y. Flexible Multibody Model and the Dynamics of the Deployment of Mesh Antennas. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2017. V. 40, No.6. Pр. 1499–1510. https://doi.org/10.2514/1.G000361

4. Liu L., Shan J., Tao C. 2nd AIAA Spacecraft Structures Conference. https://doi.org/10.2514/6.2015-0947

5. Jiang X., Bai Z. Dynamics Modeling and Simulation for Deployment Characteristics of Mesh Reflector Antennas . Applied Sciences. 2020. V. 10(21). https://doi.org/10.3390/app10217884

6. Liu L., Shan J., Zhang Y. Dynamics Modeling and Analysis of Spacecraft with Large Deployable Hoop-Truss Antenna. Journal of spacecraft and rockets. 2016. V.53, No.3. https://doi.org/10.2514/1.A33464

7. Peng H., Li F., Kan Z., Liu P. Symplectic Instantaneous Optimal Control of Deployable Structures Driven by Sliding Cable Actuators. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2020. V.43, No.6. Pр. 1114–1128. https://doi.org/10.2514/1.G004872

8. Spiegelhauer M., Schlecht B. Efficient modelling of flexible cable-pulley systems. Forsch Ingenieurwes. 2021. V.85. Pp. 67–75. https://doi.org/10.1007/s10010-020-00433-y

9. Qi Z., Wang J., Wang G. An efficient model for dynamic analysis and simulation of cable-pulley systems with time-varying cable length. Mechanism and Machine theory. 2017. V. 116. Pр. 383–403. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2017.06.009

10. Fu K., Zhao Z., Ren G., Xiao Y., Feng T., Yang J., Gasbarri P. From multiscale modeling that design of synchronization mechanisms in mesh antennas. Acta Astronautica. 2019. V. 159. Pр. 156–165. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.03.056

11. Zhang Y., Yang D., Sun Z et al. Winding strategy of driving cable based he dynamic analysis of deployment for deployable antennas. J Mech Sci Technol. 2019. V.33. Pp. 5147–5156. https://doi.org/10.1007/s12206-019-0906-9

12. Khoroshylov S., Shamakhanov V. et al. Dynamics modeling and analysis of the deployable reflector antenna for SAR mini-satellites, 41st ESA Antenna Workshop, 25 – 28 September, Noordwijk, The Netherlands, 2023. https://www.researchgate.net/publication/374544077_DYNAMICS_MODELLING_AND_ANALYSIS_OF_THE_DEPLOYABLE_REFLECTOR_ANTENNA_FOR_SAR_MINI-SATELLITES

13. Sushko O., Medzmariashvili E., Tserodze S. et al. Design and Analysis of Light-Weight Deployable Mesh Reflector Antenna for Small Multibeam SAR Satellite, EUSAR 2021: Proceedings of the European Conference the Synthetic Aperture Radar, 29 March – 01 April 2021. Pp. 421–423.

14. Alpatov A., Gusynin V., Belonozhko P. et al. Shape control of large reflecting structures in space. 62nd International Astronautical Congress, 3–7 October Cape Town, South Africa, 2011. Рp. 5642–5648.

15. Alpatov A., Gusynin V., Belonozhko P., Khoroshylov S., Fokov A. Configuration modeling of cable-stayed space reflectors. Proceeding of the 64th International Astronautical Congress, Beijing, China, 2013. Pp. 5793–5799.

16. Sushko O., Medzmariashvili E., Filipenko F. et al. Modified design of the deployable mesh reflector antenna for mini satellites. CEAS Space J. 2021. Vol.13, No.4. Pp. 533–542. https://doi.org/10.1007/s12567-020-00346-0

17. Khoroshylov S., Martyniuk S., Sushko O. et al. Dynamics and attitude control of space-based synthetic aperture radar. Nonlinear Eng. 2023.V.12(1). https://doi.org/10.1515/nleng-2022-0277

18. Shabana A. Definition of ANCF Finite Elements. Journal of Computational and Nonlinear Dynamics. 2015. V.10. https://doi.org/10.1115/1.4030369

19. Sautter K., Me?mer M., Teschemacher T., Bletzinger K. Limitations of the St. Venant -Kirchhoff material model in large strain regimes. International Journal of Non-Linear Mechanics. 2022. V.147. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2022.104207

20. Gerstmayr J., Dorninger A., Eder R. et al. HOTINT: A Script Language Based Framework for the Simulation of Multibody Dynamics Systems. ASME IDETC/CIE. 2013. Vol.7B. https://doi.org/10.1115/DETC2013-12299

Copyright (©) 2023 Шамаханов В. К., Хорошилов С. В.

Copyright © 2014-2023 Технічна механіка