Геометричне моделювання розкриття у невагомості просторових стержневих конструкцій, подібних чотириланковому маятнику

Автор(и)

  • Leonid Kutsenko Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0003-1554-8848
  • Volodymyr Vanin Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0001-7008-7269
  • Oleg Semkiv Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0002-9347-0997
  • Leonid Zapolskiy Український науково-дослідний інститут цивільного захисту вул. Рибальська, 18, м. Київ, Україна, 01011, Україна https://orcid.org/0000-0003-4357-2933
  • Olga Shoman Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-3660-0441
  • Viacheslav Martynov Київський національний університет будівництва і архітектури пр. Повітрофлотський, 31, м. Київ, Україна, 03037, Україна https://orcid.org/0000-0002-0822-1970
  • Galina Morozova Український державний університет залізничного транспорту майдан Фейєрбаха 7, м. Харків, Україна, 61050, Україна https://orcid.org/0000-0003-1183-3430
  • Volodymyr Danylenko Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0003-4952-7498
  • Boris Krivoshey Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0002-2561-5568
  • Oleksandr Kovalov Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0002-4974-5201

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.141855

Ключові слова:

стержнева конструкція, процес розкриття у космосі, маніпулятор для захвату тіл, рівняння Лагранжа другого роду

Анотація

Продовжено дослідження геометричних моделей розкриття в умовах невагомості орбітальних стержневих конструкцій, елементи яких поєднані подібно чотириланковому маятнику [21–24]. 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 параболічних антен, елементами яких є сім'я однакових співфокусних парабол, одержаних обертанням з певним кутовим кроком навколо спільної осі. Крім того, цікавими мають бути нові технології виконання монтажних робіт на орбіті з використанням 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. Побудовано графіки зміни у часі функцій значень кутів як узагальнених координат, а також перших та других похідних цих функцій. В результаті надано оцінки силовим характеристикам системи в момент гальмування (зупинки) процесу розкриття.

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

Біографії авторів

Leonid Kutsenko, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Доктор технічних наук, професор

Кафедра інженерної та аварійно-рятувальної техніки

Volodymyr Vanin, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Доктор технічних наук, професор

Кафедра нарисної геометрії, інженерної та комп’ютерної графіки

Oleg Semkiv, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Доктор технічних наук, проректор

Кафедра наглядово-профілактичної діяльності

Leonid Zapolskiy, Український науково-дослідний інститут цивільного захисту вул. Рибальська, 18, м. Київ, Україна, 01011

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Науково-організаційний відділ

Olga Shoman, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра геометричного моделювання та комп’ютерної графіки

Viacheslav Martynov, Київський національний університет будівництва і архітектури пр. Повітрофлотський, 31, м. Київ, Україна, 03037

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра архітектурних конструкцій

Galina Morozova, Український державний університет залізничного транспорту майдан Фейєрбаха 7, м. Харків, Україна, 61050

Доцент, кандидат технічних наук

Кафедра нарисної геометрії та комп’ютерної графіки

Volodymyr Danylenko, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доцент

Кафедра геометричного моделювання та комп’ютерної графіки

Boris Krivoshey, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра інженерної та аварійно-рятувальної техніки

Oleksandr Kovalov, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат технічних наук

Кафедра інженерної та аварійно-рятувальної техніки

Посилання

  1. Alpatov, A. P. (2013). Dynamika perspektyvnykh kosmichnykh aparativ. Visnyk NAN Ukrainy, 7, 6–13
  2. 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
  3. 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
  4. Deployable Perimeter Truss with Blade Reel Deployment Mechanism. Available at: https://www.techbriefs.com/component/content/article/tb/techbriefs/mechanics-and-machinery/24098
  5. Buyanova, L. V., Zhuravlev, E. I. (2015). Metodika proektirovaniya pirotekhnicheskih ustroystv sistem otdeleniya. Inzhenerniy vestnik, 07, 56–62.
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. Yudincev, V. V. (2012). Modelirovanie processov raskrytiya mnogoelementnyh konstrukciy kosmicheskih apparatov. Polet, 5, 28–33.
  11. Bakulin, D. V., Borzyh, S. V., Ososov, N. S., Shchiblev, Yu. N. (2004). Modelirovanie processa raskrytiya solnechnyh batarey. Matematicheskoe modelirovanie, 16 (6), 88–92.
  12. 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
  13. 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.
  14. 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.
  15. Bushuev, A. Yu., Farafonov, B. A. (2014). Matematicheskoe modelirovanie processa raskrytiya solnechnoy batarei bol'shoy ploshchadi. Matematicheskoe modelirovanie i chislennye metody, 2, 101–114.
  16. Bushuev, A. Yu. (2017). Proektirovanie trosovoy sistemy raskrytiya mnogozvennoy konstrukcii solnechnoy batarei v usloviyah neopredelennosti. Inzhenerniy zhurnal: nauka i innovacii, 1, 1–11.
  17. Bushuev, A. Yu. (2017). Matematicheskaya model' dubliruyushchey sistemy raskrytiya solnechnoy batarei bol'shoy ploshchadi. Inzhenerniy zhurnal: nauka i innovacii, 2, 1–11.
  18. Bushuev, A. Yu., Farafonov, B. A. (2015). Optimizaciya parametrov trosovoy sistemy raskrytiya mnogozvennoy konstrukcii solnechnoy batarei. Inzhenerniy zhurnal: nauka i innovacii, 7.
  19. Krylov, A. V., Churilin, S. A. (2012). Modelirovanie razvertyvaniya mnogozvennyh zamknutyh kosmicheskih konstrukciy. Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Ser.: Mashinostroenie, 80–91.
  20. Krylov, A. V., Churilin, S. A. Modelirovanie raskrytiya solnechnyh batarey razlichnyh konfiguraciy. Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Ser.: Mashinostroenie, 1, 106–111.
  21. 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.
  22. 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
  23. 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
  24. 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
  25. 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
  26. 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

2018-09-12

Як цитувати

Kutsenko, L., Vanin, V., Semkiv, O., Zapolskiy, L., Shoman, O., Martynov, V., Morozova, G., Danylenko, V., Krivoshey, B., & Kovalov, O. (2018). Геометричне моделювання розкриття у невагомості просторових стержневих конструкцій, подібних чотириланковому маятнику. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(7 (95), 70–80. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.141855

Номер

Том 5 № 7 (95) (2018): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Leonid Kutsenko, Volodymyr Vanin, Oleg Semkiv, Leonid Zapolskiy, Olga Shoman, Viacheslav Martynov, Galina Morozova, Volodymyr Danylenko, Boris Krivoshey, Oleksandr Kovalov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.