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

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

UDK 629.5

Технічна механіка, 2022, 4, 14- 25

МОДЕЛЮВАННЯ РОЗГОРТАННЯ АНТЕНИ КОСМІЧНОГО ЗАСТОСУВАННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕСПЕЧЕННЯ З ВІДКРИТИМ КОДОМ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2022.04.014

Хорошилов С. В., Шамаханов В. К., Мартинюк С. Е., Сушко О. Ю.

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

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

Мартинюк С. Е.
EOS Ukraine,
Україна

Сушко О. Ю.
EOS Ukraine,
Україна

      Метою статті є створення за допомогою програмного пакета з відкритим кодом моделі динаміки сітчастої антени космічного застосування та дослідження процесу її розгортання.
      При проведенні досліджень використані методи теоретичної механіки, систем зв’язаних тіл, обчислювальної механіки та комп'ютерного моделювання.
      Розглянута задача моделювання розгортання антени новітньої конструкції з використанням сіток, що рекомендована для використання в складі міні супутників. Найбільш суттєвою відмінністю цієї антени від інших є конструкція опорного кільця у вигляді пантографа.
      Для створення моделі динаміки антени космічного застосування та подальшої її реалізації у програмному пакеті з відкритим кодом зроблено деякі спрощення, які обумовлені складністю конструкції. Модель антени представлена у вигляді системи жорстких і пружних тіл, зв'язаних за допомогою шарнірів. Вуглепластикові стрижні моделюються за допомогою пружного кінцевого елемента з використанням методу абсолютних вузлових координат, який дозволяє моделювати великі деформації. Алюмінієві шарнірні вузли моделюються як декілька шарнірів обертання, поєднаних між собою звичайними жорсткими елементами. Основними модельованими властивостями цих шарнірних вузлів є жорсткість, розташування та напрямок осей обертання шарнірів. Стягуючі зусилля, які створює натягнута сітка, моделюються за допомогою пружин. Тросовий привід розгортання антени моделюється як навантаження, що діють на відповідні елементи у визначених локальних положеннях.
      Представлено алгоритм побудови моделі антени космічного застосування, що призначена для моделювання процесу розгортання рефлектора у програмному пакеті з відкритим кодом HotInt. З використанням побудованої моделі проведено моделювання розкладання антени для різних випадків, що відрізняються силами, які використовуються для розгортання. Отримано розрахунки часу розгортання, зміни кутів між стрижнями V-подібного складання та напруги у діагональних стрижнях секцій антени під час розкриття антени.
      Запропонований в статі підхід базується на використанні загально доступного програмного забезпечення та дозволяє забезпечити гнучкість моделювання та скоротити час створення моделей.
     

рефлекторна антена, розгортання, динаміка системи тіл, відкрите програмне забезпечення, гнучкий стрижень, шарнір

1. Khoroshylov S., Shamakhanov V., Vasyliev V. Modeling of centrifugal deployment of three-section minisatellite boom. Teh. Meh. 2021. No. 4. Pp. 56–65. https://doi.org/10.15407/itm2021.04.056

2. 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. Pp. 5642–5648.

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

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

5. Mitsugi J., Ando K., Senbokuya Y., Meguro A. Deployment analysis of large space antenna using flexible multibody dynamic simulation. Acta Astronautica. 1990. V.47. No.1. Pp. 19–26. https://doi.org/10.1016/S0094-5765(00)00014-X

6. Tsunoda H., Miyoshi K. Deployment test methods for a large deployable mesh reflector. Journal of Spacecraft and Rockets. 1997. V.34. No.6. Pp. 811–816. https://doi.org/10.2514/2.3291

7. Li T.J., Zhang Y., Li T., Deployment dynamic analysis and control of hoop truss deployable antenna. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica. 2009. V. 30. No.3. Pp. 444–449.

8. Li T. J. Deployment analysis and control of deployable space antenna. Aerosp. Sci. Technol. 2012. V.18. No.1. Pp. 42–47. https://doi.org/10.1016/j.ast.2011.04.001

9. Zhangn Y., Duan B., Li T. J. A controlled deployment method for flexible deployable space antennas. Acta Astronautica. 2012. V. 81. No.1. Pp.19–29. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2012.05.033

10. 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 on Synthetic Aperture Radar, 29 March – 01 April 2021. Pp. 421–423.

11. Sushko O., Medzmariashvili E., Filipenko F. et al. Modified design of the deployable mesh reflector antenna for mini satellites. CEAS Space J. 2011. V.13. No.4. Pp. 533–542. https://doi.org/10.1007/s12567-020-00346-0

12. Masarati P., Morandini M., Quaranta G., Mantegazza P. Computational aspects and recent improvements in the open-source multibody analysis software “MBDyn”. ECCOMAS Thematic Conference. 2005. V.4. 1895024.

13. 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. V. 7B. V07BT10A047. https://doi.org/10.1115/DETC2013-12299

14. Fraux V., Lawton M., Reveles J. R., You Z. Novel large deployable antenna backing structure concepts for foldable reflectors. CEAS Space J. 2013. V.5. Pp.195–201. https://doi.org/10.1007/s12567-013-0046-5

15. Mikulas M.M., Collins T. J., Hedgepeth J. M. Preliminary design approach for large high precision segmented reflectors. NASA Technical Memorandum 102605. 1990. Pp. 1–51.

16. Miura K., Miyazaki Y., Concept of the tension truss antenna. AIAA Journal. 1990. V. 28. Pp.1098–1202. https://doi.org/10.2514/3.25172

17. Thomson M. W. The Astromesh deployable reflector. IEEE Trans. on Antennas and Propagation. 1990. V. 3. Pp. 1516–1535.

18. Sun J., Tian Q., Hu H., Pedersen N. Axially variable-length solid element of absolute nodal coordinate formulation. Acta Mechanica Sinica. 2019. V. 35. Pp. 653–663. https://doi.org/10.1007/s10409-018-0823-7

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. 104207. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2022.104207

20. Nachbagauer K., Sherif K., Witteveen W., FreeDyn – A multibody simulation research code. Proceedings of the 11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM) and the 5th European Conference on Computational Mechanics (ECCM). 2014. Pp. 49–53.

Copyright (©) 2022 Хорошилов С. В., Шамаханов В. К., Мартинюк С. Е., Сушко О. Ю.

Copyright © 2014-2022 Технічна механіка