Визначення впливу термомеханічних навантажень на похибки вимірювання волоконно-оптичного гіроскопу

Автор(и)

  • Дмитро Васильович Бреславський Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-3792-5504
  • Валерій Борисович Успенський Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-5960-7347
  • Володимир Олександрович Мєтєльов Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-2633-6296
  • Альона Володимирівна Сенько Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-9961-7419
  • Оксана Андріївна Татарінова Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-3090-8469

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.324960

Ключові слова:

термомеханічне деформування, метод скінченних елементів, неспіввісність волоконно-оптичного гіроскопу, похибки вимірювань

Анотація

Об’єкт дослідження є похибки вимірювань волоконно-оптичного гіроскопу, який є елементом системи управління орієнтацією космічного апарату. Вирішувалась проблема визначення закономірностей впливу термомеханічних навантажень на похибки вимірювань гіроскопів за допомогою математичного моделювання. Дослідження проведено з використанням методу скінченних елементів, що дозволило проаналізувати напружено-деформований стан конструктивних елементів у різних умовах температурних і механічних навантажень. Були отримані розподіли температур і деформацій конструктивних елементів космічного апарату. Ці дані використано для оцінки параметрів неспіввісності осей чутливості гіроскопів бортової системи, що виникають через деформації конструкції. У певних умовах моделювання вони перевищують сто кутових секунд, що може привести до неприпустимої похибки при управлінні орієнтацією космічного апарату.

Для конкретизації величини похибки вимірювань гіроскопів разом з тепловими деформаціями конструкції розглянуто високочастотні коливання, які виникають при вмиканні реактивного двигуна під час корекції орбіти космічного апарату. Таке сполучення теплових і механічних впливів створює умови, за яких точність роботи систем управління суттєво знижується. Визначено, що в досліджуваних умовах похибка вимірювання збільшується у 8 разів при зміні температури конструкції на 40°С. Таким чином, задля вирішення поставленої проблеми розроблено та описано процедуру визначення похибки вимірювань в конкретних умовах термомеханічних навантажень. Використання такої процедури при проєктуванні систем управління у майбутньому сприятиме підвищенню точності їхньої роботи. Це досягатиметься шляхом оптимального розміщення гіроскопів на борту з урахуванням впливу теплових полів

Біографії авторів

Дмитро Васильович Бреславський, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра комп’ютерного моделювання процесів та систем

Валерій Борисович Успенський, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра комп’ютерного моделювання процесів та систем

Володимир Олександрович Мєтєльов, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра комп’ютерного моделювання процесів та систем

Альона Володимирівна Сенько, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор філософії

Кафедра комп’ютерного моделювання процесів та систем

Оксана Андріївна Татарінова, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук, доцентка

Кафедра комп’ютерного моделювання процесів та систем

Посилання

  1. Nurgizat, Y., Balbayev, G., Galayko, D. (2021). Solar sensor for Cubesat attitude determination. 2021 28th IEEE International Conference on Electronics, Circuits, and Systems (ICECS), 1–5. https://doi.org/10.1109/icecs53924.2021.9665513
  2. Zbrutsky, O., Meleshko, V., Ganja, A., Tarnavsky, S., Bondarenko, O., Pjnomarenko, S., Saurova, K. (2022). System definition of micro - nano satellite orientation. MECHANICS OF GYROSCOPIC SYSTEMS, 43, 46–60. https://doi.org/10.20535/0203-3771432022275282
  3. El-Sheimy, N., Youssef, A. (2020). Inertial sensors technologies for navigation applications: state of the art and future trends. Satellite Navigation, 1 (1). https://doi.org/10.1186/s43020-019-0001-5
  4. Wang, X., Cui, Y., Cao, H. (2023). Temperature Drift Compensation of Fiber Optic Gyroscopes Based on an Improved Method. Micromachines, 14 (9), 1712. https://doi.org/10.3390/mi14091712
  5. Kucherenko, O. (2024). Methods of reducing the influence of temperature gradients on the sensitivity of fiber-optic gyroscope. Bulletin of Kyiv Polytechnic Institute. Series Instrument Making, 67 (1), 13–17. https://doi.org/10.20535/1970.67(1).2024.306720
  6. Ban, J., Chen, G., Meng, Y., Shu, J. (2022). Calibration method for misalignment angles of a fiber optic gyroscope in single-axis rotational inertial navigation systems. Optics Express, 30 (5), 6487. https://doi.org/10.1364/oe.449629
  7. Gorev, V., Pelemeshko, A., Zadorozhny, A., Sidorchuk, A. (2018). Thermal deformation of 3U CubeSat in low Earth orbit. MATEC Web of Conferences, 158, 01013. https://doi.org/10.1051/matecconf/201815801013
  8. Bonnici, M., Mollicone, P., Fenech, M., Azzopardi, M. A. (2019). Analytical and numerical models for thermal related design of a new pico-satellite. Applied Thermal Engineering, 159, 113908. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.113908
  9. Abdelal, G. F., Abuelfoutouh, N., Gad, A. H. (2013). Finite Element Analysis for Satellite Structures. Springer London. https://doi.org/10.1007/978-1-4471-4637-7
  10. Breslavsky, D., Uspensky, V., Kozlyuk, A., Paschenko, S., Tatarinova, O., Kuznyetsov, Y. (2017). Estimation of heat field and temperature models of errors in fiber-optic gyroscopes used in aerospace systems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (9 (85)), 44–53. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.93320
  11. Reza Eslami, M., Hetnarski, R. B., Ignaczak, J., Noda, N., Sumi, N., Tanigawa, Y. (2013). Theory of Elasticity and Thermal Stresses. In Solid Mechanics and Its Applications. Springer Netherlands. https://doi.org/10.1007/978-94-007-6356-2
  12. Parkus, H. (1976). Thermoelasticity. Springer Vienna. https://doi.org/10.1007/978-3-7091-8447-9
  13. Nowacki, W. (1986). Thermoelasticity. Oxford, 578.
  14. Day, W. A. (1985). Heat Conduction Within Linear Thermoelasticity. In Springer Tracts in Natural Philosophy. Springer New York. https://doi.org/10.1007/978-1-4613-9555-3
  15. Zienkiewicz, O. C., Taylor, R. L., Fox, D. D. (2014). The finite element method for solid and structural mechanics. Elsevier. https://doi.org/10.1016/c2009-0-26332-x
  16. Stolarski, T. (2018). Engineering analysis with ANSYS software. Butterworth-Heinemann. https://doi.org/10.1016/c2016-0-01966-6
  17. Breslavsky, D., Morachkovsky, O., Tatarinova, O. (2014). Creep and damage in shells of revolution under cyclic loading and heating. International Journal of Non-Linear Mechanics, 66, 87–95. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2014.02.005
  18. Breslavskii, D. V., Metelev, V. A., Morachkovskii, O. K. (2015). Anisotropic Creep and Damage in Structural Elements Under Cyclic Loading. Strength of Materials, 47 (2), 235–241. https://doi.org/10.1007/s11223-015-9653-z
  19. Breslavsky, D. V., Morachkovsky, O. K., Tatarinova, O. A. (2008). High-temperature creep and long-term strength of structural elements under cyclic loading. Strength of Materials, 40 (5), 531–537. https://doi.org/10.1007/s11223-008-9067-2
  20. Uspenskyi, V. B., Kuznyetsov, Y. O., Shyriaieva, N. V. (2021). The Location Optimization of the On-Board Measuring System for Moving Objects Accounting Vibration. 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), 317–322. https://doi.org/10.1109/khpiweek53812.2021.9570091
Визначення впливу термомеханічних навантажень на похибки вимірювання волоконно-оптичного гіроскопу

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-04-29

Як цитувати

Бреславський, Д. В., Успенський, В. Б., Мєтєльов, В. О., Сенько, А. В., & Татарінова, О. А. (2025). Визначення впливу термомеханічних навантажень на похибки вимірювання волоконно-оптичного гіроскопу. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(7 (134), 50–65. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.324960

Номер

Том 2 № 7 (134) (2025): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Dmytro Breslavsky, Valerii Uspenskyi, Volodymyr Mietielov, Alyona Senko, Oksana Tatarinova

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.