تحلیل اثر دما بر رفتار دینامیکی غیرخطی چرخ عکس‌العملی ماهواره با استفاده از روش اغتشاشات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری، مهندسی هوافضا، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله رفتار ارتعاش غیرخطی عملگر چرخ عکس‌العملی ماهواره با مدل روتور انعطا‌ف‌پذیر/ دیسک صلب و یاتاقان، تحت تغییرات دما بررسی شده است. برای مدل کردن روتور از نظریه تیر تیموشنکو استفاده شده و رفتار یاتاقانها با استفاده از فنر غیرخطی/ دمپر مدل شده است. در این مدل تمام پارامترهای مربوط به تیر تیموشنکو، خاصیت ژیروسکپی و نیروهای حاصل از نابالانسی دیسک در نظر گرفته شده است. با توجه به اینکه یاتاقانها اجازه افزایش یا کاهش طول در اثر تغییرات دما را به روتور نمی‌دهند لذا تغییرات دما در سیستم به صورت یک نیروی محوری ثابت ظاهر می‌شود. برای حل معادلات غیرخطی از روش معیارهای چندگانه به صورت مستقیم استفاده شده و پاسخ فرکانسی سیستم استخراج شده است. شبیه‌سازی عددی بر مبنای مقادیر کمی مدلهای واقعی انجام شده و رفتار دینامیکی سیستم در قالب نمودارهای زمانی و فرکانسی و نیز اثرات کمی تغییرات دما نشان داده شده است. نتایج حاصل نشان می‌دهد که تغییرات دما تاثیر بسزایی در رفتار دینامیکی غیرخطی سیستم دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Narayan S., Nair P., Ghosal A., Dynamic interaction of rotating momentum wheels with spacecraft elements. Journal of Sound and Vibration, Vol. 315, pp. 970-984, 2008.
[2] Kamesh D., Pandiyan R., Ghosal A., Modeling, design and analysis of low frequency platform for attenuating micro-vibration in spacecraft. Journal of Sound and Vibration, Vol. 329, pp. 3431–3450, 2010.
[3] Bely P. Y., Lupie O. L., Hershey J. L.,The line-of-sight jitter of the Hubble Space Telescope, Space Astronomical Telescopes and Instruments II, Orlando, USA, 1993.
[4] Bialke B., Microvibration disturbance fundamentals for rotating mechanisms, 34th  AAS Guidance and Control Conference, Breckenridge, USA, 2011.
[5] Hahn R., Seiler R., Simulating and analysisng the microvibration signature of reaction wheels for future non-intrusive healthmonitoring methods, Proceedings 14th European Space Mechanisms & Tribology Symposium, Konstanz, Germany, 2011.
[6] Kim D., Oh S., Yong K., Yang K., Micro-vibration model and parameter estimation method of a reaction wheel assembly. Journal of Sound and Vibration, Vol. 333, pp. 4214–4231, 2014.
[7] Zhang Z., Development and validation of microvibration models for a satellite reaction wheel assembly, Ph.D. dissertation, University of Southampton, 2013.
[8] Kim D., Oh S., Yong K., Yang K., Numerical study on a reaction wheel and wheel-disturbance modeling.  Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 38, pp. 702–708, 2010.
[9] Masterson R. A., Development and validation of empirical and analytical reaction wheel disturbance models, M.Sc. Thesis, University of MIT, 1999.
[10] Le M. P., Ellenbroek M. H. M., Seiler R., van Put P., Cottaar E .J. E., A full disturbance model for reaction wheels, 34th  Computers and Information in Engineering Conference, New York, USA, 2014.
[11] آقالاری ع.، ایرانزاد م.، مهدی آبادی م.، اندازه‌گیری اغتشاشات چرخ عکس‌العملی آزمایشگاهی و مدلسازی آنها. هیجدهمین کنفرانس بین المللی مکانیک، تهران، ایران، 1389.
[12] آقالاری ع.، ایرانزاد م.، مدلسازی کامل اغتشاشات چرخ عکس‌العملی و پیاده‌سازی روی یک نمونه آزمایشگاهی. مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری فضایی، د. 6، ش. 1، ص. 91-79، 1392.
 [13] Le M. P., Van der Heide E., Seiler R., Cottaar E .J. E., Detection and diagnosis of ball bearing imperfections in reaction wheels by micro-vibration test, 12th European Conference on Spacecraft Structures, Materials & Environmental Testing, Netherlands, 2014.
[14] Liebold F., Wiegand S., Käso R., Reaction wheel disturbance characterization by analysis of micro-vibration measurements. Applied Mechanics and Materials, Vol. 232, pp. 445–449, 2012.
[15] Taniwaki S., Ohkami Y., Experimental and numerical analysis of reaction wheel disturbances.  JSME International Journal Series C Mechanical systems, Machine Elements and Manufacturing, vol. 46, pp. 519–526, 2003.
[16] Elias L. M., Miller D. W., A structurally coupled disturbance analysis method using dynamic mass measurement techniques with application to spacecraft reaction wheel systems, Ph.D. dissertation, MIT, 2001.
[17] Elias L. M., Dekens F. G., Basdogan I., Neville T. A., Methodology for modeling the mechanical interaction between a Reaction wheel and a flexible structure, Interferometry in space, Waikoloa, USA, 2003.
[18] Kamesh D., Pandiyan R., Ghosal A., Passive vibration isolation of reaction wheel disturbances using a low frequency flexible space platform. Journal of Sound and Vibration, Vol. 331, pp. 1310–1330, 2012.
[19] Zhou W., Li D., Design and analysis of an intelligent vibration isolation platform for reaction/momentum wheel assemblies. Journal of Sound and Vibration, Vol. 331, pp. 2984–3005, 2012.
[20] Nayfeh A. H., Mook D. T., Nonlinear oscillations. New York, John Wiley & Sons, 2008.
[21] Nayfeh A. H., Introduction to perturbation techniques. New York, John Wiley & Sons, 2011.