RU2369535C1 - Method of optimising dynamic conditions for operation of gravity-sensitive installations in conditions of microacceleration on-board orbiting spacecraft and device to this end - Google Patents
Method of optimising dynamic conditions for operation of gravity-sensitive installations in conditions of microacceleration on-board orbiting spacecraft and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2369535C1 RU2369535C1 RU2008107131/11A RU2008107131A RU2369535C1 RU 2369535 C1 RU2369535 C1 RU 2369535C1 RU 2008107131/11 A RU2008107131/11 A RU 2008107131/11A RU 2008107131 A RU2008107131 A RU 2008107131A RU 2369535 C1 RU2369535 C1 RU 2369535C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- board
- installation
- rotation
- spacecraft
- frame
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области комплексной пассивной и активной защиты от внешних динамических воздействий чувствительной аппаратуры, а именно к способам и устройствам оптимизации динамических условий функционирования гравитационно-чувствительных систем, таких как технологические установки по производству материалов в космосе и предназначено для использования в условиях остаточных микроускорений на борту орбитальных космических аппаратов.The invention relates to the field of integrated passive and active protection against external dynamic influences of sensitive equipment, and in particular to methods and devices for optimizing the dynamic conditions of functioning of gravitationally sensitive systems, such as technological installations for the production of materials in space, and is intended for use in conditions of residual microaccelerations on board orbiting spacecraft.
Оптимизация динамических условий функционирования научной аппаратуры для исследования гравитационно-чувствительных процессов на орбитальных космических аппаратах до настоящего времени осуществлялась в основном с помощью стационарных виброизолирующих систем, жестко связанных с бортом аппарата, которые эффективно блокируют составляющую остаточного бортового микроускорения в области средних и высоких (0,01-500 Гц) частот.Up to now, the optimization of the dynamic operating conditions of scientific equipment for the study of gravitationally sensitive processes on orbiting spacecraft has been carried out mainly with the help of stationary vibration-isolating systems rigidly connected to the vehicle’s side, which effectively block the component of the residual onboard microacceleration in the medium and high regions (0.01 -500 Hz) frequencies.
Распространенным способом оптимизации динамических условий функционирования гравитационно-чувствительных установок в условиях остаточных микроускорений на борту КА является способ пассивной виброизоляции, основанный на использовании упругих элементах. Наиболее близкие аналоги, использующие способ пассивной защиты от микроускорений на борту космических аппаратов, сформулированы в патентах Российской Федерации №2185311 - «Устройство компенсации микроускорений на борту космического аппарата» и №2275672 (2006.04.27) - «Система активной защиты от микроускорений/вибраций с разделением мод колебаний».A common way to optimize the dynamic operating conditions of gravitationally sensitive installations under conditions of residual microacceleration onboard the spacecraft is a passive vibration isolation method based on the use of elastic elements. The closest analogues that use the method of passive protection against microaccelerations on board spacecraft are formulated in patents of the Russian Federation No. 2185311 - “A device for compensating microaccelerations on board a spacecraft” and No. 2275672 (2006.04.27) - “System of active protection against microaccelerations with separation of vibration modes. "
На достаточно высоких частотах данные системы, основанные на способе пассивной виброизоляции, обеспечивают отражение большей части колебательной энергии обратно в источник. Однако виброизоляция от низкочастотных воздействий ограничивается условиями больших перемещений подпружиненных элементов системы.At sufficiently high frequencies, these systems, based on the method of passive vibration isolation, provide a reflection of most of the vibrational energy back to the source. However, vibration isolation from low-frequency influences is limited by the conditions of large movements of the spring-loaded system elements.
Пассивные средства оптимизации динамических условий на борту КА, основанные на способе пассивной виброизоляции с собственными частотами порядка сотых долей Герц, становятся неконструктивными из-за необходимости обеспечения значительных статических деформаций упругих элементов. В этих случаях более эффективно использование систем оптимизации динамических условий, основанной на активной виброзащите. Управление в таких системах сводится к компенсации дополнительным источником энергии внешних вынуждающих сил, вызывающих вибрацию защищаемого объекта, или относительных смещений объекта.Passive means of optimizing the dynamic conditions on board the spacecraft, based on the method of passive vibration isolation with natural frequencies of the order of hundredths of a Hertz, become non-constructive due to the need to ensure significant static deformations of elastic elements. In these cases, the use of systems for optimizing dynamic conditions based on active vibration protection is more efficient. The control in such systems is reduced to compensation by an additional energy source of external driving forces that cause vibration of the protected object, or relative displacements of the object.
Один из способов оптимизации динамических условий функционирования гравитационно-чувствительных установок в условиях остаточных микроускорений на борту орбитальных космических аппаратов с использованием акселерометров для определения возмущающих динамических воздействий, идущих с борта КА, и устройство для его реализации, выбранное в качестве прототипа, внедрены в активной виброзащитной платформе MIM ("The Microgravity Isolation Mount"), разработанной Космическим Агентством Канады. (Jones, DI, Owens, AR, Owen, RG, A microgravity isolation mount, Acta Astronautica, 15(5/6), 441-448, 1987 Owen, RG, Owens, AR, Jones, DI, Robinson, AA, Integration of a microgravity isolation mount (MGIM) within a Columbus single rack, Acta Astronautica, 22, 119-128, 1990. Owen, RG, Jones, DI, Owens, AR, Robinson, AA, Mechanical design and simulation of a microgravity isolation mount, AIAA Journal of Spacecraft & Rockets, 30(4), 502-508, July/August 1993 Jones, DI, Owens, AR, Owen, RG, A control system for a Microgravity Isolation Mount, IEEE Trans Control Systems Technology, 4(4), 313-325, 1996.)One of the ways to optimize the dynamic operating conditions of gravitationally sensitive installations under conditions of residual microacceleration on board orbiting spacecraft using accelerometers to determine disturbing dynamic effects coming from the spacecraft, and a device for its implementation, selected as a prototype, are implemented in an active vibration-proof platform MIM ("The Microgravity Isolation Mount"), developed by the Space Agency of Canada. (Jones, DI, Owens, AR, Owen, RG, A microgravity isolation mount, Acta Astronautica, 15 (5/6), 441-448, 1987 Owen, RG, Owens, AR, Jones, DI, Robinson, AA, Integration of a microgravity isolation mount (MGIM) within a Columbus single rack, Acta Astronautica, 22, 119-128, 1990. Owen, RG, Jones, DI, Owens, AR, Robinson, AA, Mechanical design and simulation of a microgravity isolation mount , AIAA Journal of Spacecraft & Rockets, 30 (4), 502-508, July / August 1993 Jones, DI, Owens, AR, Owen, RG, A control system for a Microgravity Isolation Mount, IEEE Trans Control Systems Technology, 4 ( 4), 313-325, 1996.)
Активная виброзащитная платформа MIM (1) состоит из стационарного основания 2, жестко установленного на борту космического аппарата, акселерометров 3, закрепленных на стационарном основании 2, основание для крепления гравитационно-чувствительной установки, выполненной в виде отдельной левитирующей платформы 4, оптических датчиков линейных смещений 5, закрепленных на стационарном основании 2, электромагнитов с управляемым магнитным полем 6, закрепленных на стационарном основании 2, постоянных магнитов 7, закрепленных на левитирующей платформе 4 системой управления величиной поля электромагнитов (фиг.1).The active vibration-protective platform MIM (1) consists of a
В данной системе способ оптимизации динамических условий функционирования гравитационно-чувствительных установок в условиях остаточных микроускорений на борту орбитальных космических аппаратов, используя акселерометры для определения возмущающих динамических воздействий, идущих с борта КА, заключается в том, что сравнительно небольшая по габаритам и массе гравитационно-чувствительная установка (ГЧУ) располагается на левитирующей с помощью магнитных подвесов платформе 4 над стационарным основанием 2, система управления с помощью акселерометров 3 анализирует смещение стационарного основания в инерциальной системе координат, вызванное внешними динамическими воздействиями, с помощью оптических датчиков 5 линейных смещений анализирует положение левитирующей платформы 4 в системе координат, связанной со стационарным основанием 2, вырабатывает управляющий сигнал на электромагниты 6, которые создают магнитное поле, обеспечивающее сохранение линейного положения левитирующей платформы 4 в инерциальной системе координат.In this system, the way to optimize the dynamic operating conditions of gravitationally sensitive installations under conditions of residual microaccelerations onboard orbiting spacecraft using accelerometers to determine disturbing dynamic effects coming from the spacecraft, is that the gravitationally sensitive installation is relatively small in size and mass (GCU) is located on the
Недостатком такой системы является то, что такая система не парирует низкочастотные (с f<0.001 Гц) динамические возмущения, так как это в принципе невозможно в силу ограниченности рабочей области для левитирующей платформы, ограниченной в конечном итоге бортовыми размерами, а главное, система не отслеживает углового положения квазистационарной составляющей вектора микроускорений, изменяющегося со временем относительно технологической установки.The disadvantage of such a system is that such a system does not parry low-frequency (with f <0.001 Hz) dynamic disturbances, since this is impossible in principle due to the limited working area for the levitating platform, which is ultimately limited by the side dimensions, and most importantly, the system does not track the angular position of the quasistationary component of the vector of microaccelerations, which varies with time relative to the technological installation.
Однако известно, что при протекании различных физических процессов и при отработке космических технологий в условиях орбитального полета КА, отрицательное влияние на ход эксперимента, как правило, дает квазистационарная составляющая микроускорений в диапазоне 0-0.005 Гц.However, it is known that during various physical processes and during the development of space technologies in the spacecraft’s orbital flight, the quasi-stationary component of microaccelerations in the range of 0-0.005 Hz, as a rule, gives a negative effect on the course of the experiment.
Математическое моделирование бортовой микрогравитационной обстановки и результаты прямых измерений показали, что суммарный вектор квазистационарного остаточного микроускорения изменяет во времени свое абсолютное и угловое значение как в инерциальной системе координат, так и в системе координат, связанной с аппаратом. В качестве примера на фиг.2 представлена одна из реализаций годографа вектора квазистационарного микроускорения на борту МКС в системе координат, связанной с бортом КА.Mathematical modeling of the onboard microgravity situation and the results of direct measurements showed that the total vector of quasistationary residual microacceleration changes in time its absolute and angular value both in the inertial coordinate system and in the coordinate system associated with the device. As an example, figure 2 presents one of the implementations of the hodograph of the vector of quasistationary microacceleration on board the ISS in the coordinate system associated with the spacecraft.
Выявлено существенное влияние на процесс тепломассопереноса не столько абсолютной величины квазистационарного ускорения, а что важно - направление вектора этого ускорения относительно таких параметров процесса, как градиент температуры, концентрации и т.п.A significant influence on the heat and mass transfer process is revealed not so much of the absolute value of the quasistationary acceleration, but what is important - the direction of the vector of this acceleration relative to process parameters such as temperature gradient, concentration, etc.
На сегодняшний день представляется актуальным решение технической проблемы сохранения заданной ориентации бортовой технологической установки относительно изменяющегося во времени вектора квазипостоянных микроускорений с одновременной виброизоляцией данной установки от высоко- и среднечастотных бортовых динамических воздействий.To date, it seems relevant to solve the technical problem of preserving the desired orientation of the on-board technological unit with respect to the time-varying vector of quasi-constant microaccelerations with simultaneous vibration isolation of this unit from high- and mid-frequency onboard dynamic effects.
Сущность изобретения как технического решения выражается в совокупности следующих существенных признаков: гравитационно-чувствительная установка, основание для крепления которой выполнено в виде жесткой пластины, прикрепленной с помощью пружинных виброизоляторов к рамке крепления оборудования, располагается на специальном устройстве - автоматической поворотной виброзащитной платформе (АПВП), которая по сигналам, полученным с расположенных на рамке крепления оборудования акселерометров и датчиков углов поворота, установленных на осях вращения внутренней рамки и рамки крепления оборудования, совершает в автоматическом режиме в двух плоскостях угловые повороты таким образом, чтобы стабилизировать оси установки под заданным углом относительно непрерывно меняющего свое положение вектора квазистационарного ускорения, одновременно с этим осуществляется виброизоляция установки от высоко- и среднечастотных динамических возмущений с помощью пассивных пружинных виброизоляторов. Также на осях вращения внутренней рамки и рамки крепления оборудования установлены моментные электроприводы вращения соответствующих рамок.The essence of the invention as a technical solution is expressed in the aggregate of the following essential features: a gravitationally sensitive installation, the mounting base of which is made in the form of a rigid plate attached with spring vibration isolators to the equipment mounting frame, is located on a special device - an automatic rotary vibration protection platform (APVP), which according to the signals received from the accelerometers and rotation angle sensors located on the mounting frame of the equipment installed on In order to rotate the internal frame and the mounting frame of the equipment, it makes angular rotations in two planes automatically in such a way as to stabilize the installation axes at a given angle with respect to the quasistationary acceleration vector continuously changing its position, and at the same time the installation is vibration-proofed from high- and medium-frequency dynamic disturbances using passive spring vibration isolators. Also, the rotation axes of the inner frame and the equipment mounting frame are equipped with torque electric drives of rotation of the corresponding frames.
Автоматическая поворотная виброзащитная платформа состоит из 2-х систем обеспечения требуемых динамических условий: виброзащитной 1 платформы и автоматической двухосной поворотной платформы, каждая из которых выполняет вполне конкретную задачу: виброзащитная платформа - виброзащиту полезной нагрузки (ПН), автоматическая поворотная платформа - стабилизацию положения полезной нагрузки относительно вектора квазипостоянных микроускорений.An automatic rotary vibration-proof platform consists of 2 systems to provide the required dynamic conditions: vibration-proof 1 platform and an automatic biaxial rotary platform, each of which performs a very specific task: vibration-proof platform - vibration protection of a payload (PN), automatic rotary platform - stabilization of the position of a payload relative to the vector of quasi-constant microaccelerations.
Виброзащитная платформа с полезной нагрузкой располагается на последней ступени АПВП с помощью рамки крепления оборудования и разрабатывается под конкретную ПН и конкретный эксперимент.The vibration-proof platform with a payload is located at the last stage of the APVP using the equipment mounting frame and is developed for a specific PN and a specific experiment.
На фиг.3 представлена компоновочная схема платформы.Figure 3 presents the layout diagram of the platform.
В состав АПВП входят:The composition of the APVP includes:
- стационарное основание 2;-
- рамка внутренняя 8;- inner frame 8;
- рамка крепления оборудования, предназначенная для крепления виброзащитной платформы и портов коммутации полезной нагрузки 9;- a mounting frame for equipment designed to mount a vibration-proof platform and
- датчики углов поворота и моментные электроприводы вращения 10;- angle sensors and torque electric drives of
- жесткая пластина с виброизоляторами 11.- rigid plate with
Во время слежения за вектором квазистационарной составляющей бортового микроускорения, платформа в автоматическом режиме совершает вращение вокруг двух взаимно перпендикулярных осей "Y" и "Z" соответственно на углы α и β.While tracking the vector of the quasistationary component of the onboard microacceleration, the platform automatically rotates around two mutually perpendicular axes "Y" and "Z" at angles α and β, respectively.
Областями применения предлагаемого способа оптимизации динамических условий функционирования гравитационно-чувствительных установок в условиях остаточных микроускорений на борту орбитальных космических аппаратов и устройство для его реализации являются научные, в том числе технологические, эксперименты, требующие стабилизации расположения осей целевой нагрузки относительно суммарного вектора ускорения. Использование данного изобретения обеспечит реализацию космических экспериментов с гравитационно-чувствительными системами на качественно новом уровне, в условиях воспроизводимой динамической обстановки при проведении серии экспериментов - основного условия достоверности полученных результатов.Fields of application of the proposed method for optimizing the dynamic operating conditions of gravitationally sensitive installations under conditions of residual microaccelerations on board orbiting spacecraft and a device for its implementation are scientific, including technological, experiments that require stabilization of the location of the axes of the target load relative to the total acceleration vector. The use of this invention will ensure the implementation of space experiments with gravitationally sensitive systems at a qualitatively new level, in a reproducible dynamic environment when conducting a series of experiments - the main condition for the reliability of the results.
При одновременной изоляции фоновых высоко- и среднечастотных бортовых динамических воздействий вектор низкочастотной составляющей, не поддающийся виброизоляции, будет направлен под заданным углом к выделенной оси технологической установки в течение времени бортового эксперимента, что обеспечивает оптимизацию динамических условий функционирования гравитационно-чувствительных систем, таких как установок по выращиванию кристаллов, высокоточных систем по фракционному разделению сложных смесей, систем по биолого-химическим экспериментам и т.п.With simultaneous isolation of the background high- and mid-frequency onboard dynamic effects, the low-frequency component vector, which is not amenable to vibration isolation, will be directed at a given angle to the selected axis of the technological installation during the on-board experiment time, which ensures the optimization of dynamic functioning conditions of gravitationally sensitive systems, such as growing crystals, high-precision systems for fractional separation of complex mixtures, systems for biological and chemical experiments ents, etc.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008107131/11A RU2369535C1 (en) | 2008-02-28 | 2008-02-28 | Method of optimising dynamic conditions for operation of gravity-sensitive installations in conditions of microacceleration on-board orbiting spacecraft and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008107131/11A RU2369535C1 (en) | 2008-02-28 | 2008-02-28 | Method of optimising dynamic conditions for operation of gravity-sensitive installations in conditions of microacceleration on-board orbiting spacecraft and device to this end |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2369535C1 true RU2369535C1 (en) | 2009-10-10 |
Family
ID=41260883
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008107131/11A RU2369535C1 (en) | 2008-02-28 | 2008-02-28 | Method of optimising dynamic conditions for operation of gravity-sensitive installations in conditions of microacceleration on-board orbiting spacecraft and device to this end |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2369535C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2572946C2 (en) * | 2011-09-09 | 2016-01-20 | ШЗ ДЦзИ ТЕКНОЛОДЖИ КО., ЛТД | Two-axle platform to be used in drone, three-axle platform to be used in drone and multirotor craft |
RU2589534C2 (en) * | 2011-09-09 | 2016-07-10 | ШЗ ДЦзИ ТЕКНОЛОДЖИ КО., ЛТД | Platform for use in small unmanned aircraft |
US9485427B2 (en) | 2013-10-08 | 2016-11-01 | SZ DJI Technology Co., Ltd | Apparatus and methods for stabilization and vibration reduction |
US9493232B2 (en) | 2013-07-31 | 2016-11-15 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Remote control method and terminal |
US9648240B2 (en) | 2011-09-09 | 2017-05-09 | SZ DJI Technology Co., Ltd | Stabilizing platform |
-
2008
- 2008-02-28 RU RU2008107131/11A patent/RU2369535C1/en active
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10321060B2 (en) | 2011-09-09 | 2019-06-11 | Sz Dji Osmo Technology Co., Ltd. | Stabilizing platform |
RU2589534C2 (en) * | 2011-09-09 | 2016-07-10 | ШЗ ДЦзИ ТЕКНОЛОДЖИ КО., ЛТД | Platform for use in small unmanned aircraft |
US11140322B2 (en) | 2011-09-09 | 2021-10-05 | Sz Dji Osmo Technology Co., Ltd. | Stabilizing platform |
RU2572946C2 (en) * | 2011-09-09 | 2016-01-20 | ШЗ ДЦзИ ТЕКНОЛОДЖИ КО., ЛТД | Two-axle platform to be used in drone, three-axle platform to be used in drone and multirotor craft |
US9648240B2 (en) | 2011-09-09 | 2017-05-09 | SZ DJI Technology Co., Ltd | Stabilizing platform |
US9493232B2 (en) | 2013-07-31 | 2016-11-15 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Remote control method and terminal |
US9927812B2 (en) | 2013-07-31 | 2018-03-27 | Sz Dji Technology, Co., Ltd. | Remote control method and terminal |
US10747225B2 (en) | 2013-07-31 | 2020-08-18 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Remote control method and terminal |
US11385645B2 (en) | 2013-07-31 | 2022-07-12 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Remote control method and terminal |
US10334171B2 (en) | 2013-10-08 | 2019-06-25 | Sz Dji Osmo Technology Co., Ltd. | Apparatus and methods for stabilization and vibration reduction |
US11134196B2 (en) | 2013-10-08 | 2021-09-28 | Sz Dji Osmo Technology Co., Ltd. | Apparatus and methods for stabilization and vibration reduction |
US9485427B2 (en) | 2013-10-08 | 2016-11-01 | SZ DJI Technology Co., Ltd | Apparatus and methods for stabilization and vibration reduction |
US11962905B2 (en) | 2013-10-08 | 2024-04-16 | Sz Dji Osmo Technology Co., Ltd. | Apparatus and methods for stabilization and vibration reduction |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6524100B2 (en) | Platform stabilization system | |
US3703999A (en) | Wide band stabilizer | |
RU2369535C1 (en) | Method of optimising dynamic conditions for operation of gravity-sensitive installations in conditions of microacceleration on-board orbiting spacecraft and device to this end | |
CN101871505B (en) | Positive and negative stiffness parallel three-translation vibration and impact isolation platform | |
JP2009248853A (en) | Vibration control suspension device for helicopter | |
KR20090116690A (en) | Gyrodyne and device for assembly thereof | |
GB2334333A (en) | Stabilized platform systems | |
US2470773A (en) | Asymmetric scorsby and method of operation | |
US3474672A (en) | Stabilized platform for gravimeter | |
RU121364U1 (en) | SHOCK-UP PRIMER INFORMATION SENSOR UNIT FOR FREE PLATFORM INERTIAL NAVIGATION SYSTEMS | |
Tu et al. | Dynamical analysis and experimental verification of deviation angles caused by rubber dampers deformation in high precision mechanically dithered RLG dual-axis RINS | |
Yin et al. | Study on the Micro-vibration Suppression of a MnCu Spring Isolation Platform with Low Stiffness and High Damping | |
Wang et al. | Dynamic error compensation and parameter optimization for RLG SINS in vibration environments | |
Zhu et al. | Study of space micro-vibration active isolation platform acceleration measurement | |
Deng et al. | Reduction of satellite flywheel microvibration using rubber shock absorbers | |
WO2019129887A1 (en) | Method for the configuration of an insulation system from the vibrations of an inertial measurement unit (imu). | |
CN102853221A (en) | Quickly-assembled/disassembled inner-frame mechanism of airborne photoelectric platform | |
Li et al. | Isotropic design method of suspension system of dithered RLG strapdown inertial measurement unit | |
CN111879321A (en) | Inertia/astronomical combined navigation system based on mechanically dithered laser gyroscope | |
Wang et al. | RLG SINS dynamic error compensation under vibration environments | |
KR101533382B1 (en) | System for measuring and assembling center of gravity for 2-axis driving apparatus | |
RU176980U1 (en) | TWO-CURRENT GYRO-STABILIZER | |
Kienholz | Active alignment and vibration control system for a large airborne optical system | |
JP4335772B2 (en) | Vibration isolator and displacement detector | |
van Kevelaer | Development of a Particle Damping Solution for PC-boards in CubeSats |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |