مدل‌سازی کامل اغتشاشات چرخ عکس‌العملی و پیاده‌سازی روی یک نمونة آزمایشگاهی

آقالاری, علیرضا; ایرانزاد, مرتضی

مدل‌سازی کامل اغتشاشات چرخ عکس‌العملی و پیاده‌سازی روی یک نمونة آزمایشگاهی

نویسندگان

علیرضا آقالاری

مرتضی ایرانزاد

چکیده

میزان کارایی ماهواره‌های تصویر‌برداری جهت انجام مأموریت بستگی زیادی به میزان ثبات ماهواره در وضعیت موردنظر دارد. ارتعاشات بسیار کوچک می‌تواند تأثیر منفی در کیفیت تصاویر داشته باشد. این ارتعاشات ممکن است به وسیله سیستم‌های مکانیکی و حسگرهایی که در ماهواره نصب شده‌اند ایجاد شود. اما مهم‌ترین عامل تولید، چرخ‌های عکس‌العملی هستند. بنابراین مدل‌سازی دقیق اغتشاشات چرخ‌های عکس‌العملی برای پیش‌بینی تأثیر آنها بر روی سازة ماهواره و در نتیجه کارایی ماهواره و نیز ایجاد روش‌هایی برای کنترل ارتعاشات ناخواسته امری ضروری است. در مقالة حاضر دو نوع مدل برای پیش‌بینی اغتشاشات چرخ عکس‌العملی ارائه می‌شود. اولین مدل، یک مدل تجربی است که بر اساس داده‌های حاصل از تست گیردار چرخ عکس‌العملی آزمایشگاهی طراحی و ساخته شده توسط نگارنده و همکاران استوار است. داده‌های تست متشکل از نیروها و گشتاورهای اغتشاشی هستند که با استفاده از یک حسگر نیروی شش محوره در سرعت‌های چرخشی یکنواخت مختلف اندازه‌گیری شده‌اند. در این مدل فرض بر آن است که اغتشاشات شامل هارمونی‌های مجزا از سرعت دورانی چرخ عکس‌العملی است که در آن دامنة هر هارمونی با مربع سرعت دوران چرخ متناسب است. این مدل قادر به پیش‌بینی اثر مودهای سازه‌ای چرخ عکس‌العملی نیست. برای این منظور یک مدل غیرخطی که براساس روش انرژی برای پیش‌بینی نیروها و گشتاورهای اغتشاشی (شش درجه آزادی) در هارمونی‌های اصلی چرخ عکس‌العملی ایجاد شده است، ارائه می‌گردد. سپس جهت لحاظ نمودن هارمونی‌های دیگر، مدل تحلیلی مذکور با مدل اول ترکیب شده و مدل بسط‌یافته ایجاد می‌شود. در نهایت به‌منظور بررسی و اعتبارسنجی مدل‌ها، مقایسه‌ای بین نتایج حاصل از دو مدل و داده‌های تست انجام می‌شود

کلیدواژه‌ها

چرخ عکس‌العملی

اغتشاشات

نابالانسی استاتیکی

نابالانسی دینامیکی

چرخ‌طیار

Bailke, B., “High Fidelity Mathematical Modeling of Reaction Wheel Performance,” 21^st Annual American Astronautical Society Guidance and Control Conference, February, AAS paper, 1998, pp. 98-063.
Bailke, B., “A Compilation of Reaction Wheel Induced Spacecraft Disturbances,” 20^st Annual American Astronautical Society Guidance and Control Conference, February, AAS paper, 1997, pp. 97-038.
de Weck, O., “Reaction Wheel Disturbance Analysis,” MIT SSL Memo, October 1998.
Hwa-Suk, O., Jae-Wook, K., LEE, H., Myung-Ryong, N., and Dong-Jo, P., “Torque and Force Measurement of a Prototype HAU Reaction wheel and the Effect of Disturbance on the Attitude Stability of Spacecraft,” KSME International Journal, Vol. 15, No. 6, 2001, pp. 743-751.
Elias, L. M., A Structurally Coupled Disturbance Analysis Method Using Dynamic Mass Measurement Techniques, with Application to Spacecraft Reaction Wheel Systems, (M. Sc. Thesis), MIT, March 2001.
Masterson, R. A., Miller, D. W., and Grogan, R. L., “Development of Empirical and Analytical Reaction Wheel Disturbances Models,” AIAA/ASME/ASCE/ AHS/ASCStructures, Structural Dynamics and Materials Conference, 1999.
Aghalari, A., Iranzad, M. and Mahdiabadi, M., “Measuring and Simulation of APrototype Reaction Wheel Disturbances”, 18^thInternational Conference of Mechanical Engineering, Sharif University of Thecnology, Tehran, Iran, 1389, (In Persian).
Aghalari, A., Mahdiabadi, M. and Dehghan, S.M., “Designing, Testing and Evaluation of a Prototype Reaction Wheel for Microsatellite,” 8^th International Conference of Aerospace Engineering, Maleke-Ashtar University, Isfahan, Iran, 1387, (In Persian).
Wirsching, P. H., Paez, T. L, and Ortiz, H., Random Vibration: Theory and Practice, John Wiley & Sons Inc, 1983.
Bently, D. E. Hatch, C. T. and Grissom, B., Fundamentals of Rotating Machinery Diagnostics, Bently Pressurized Bearing Press, 2002.
Aghalari, A., Iranzad, M., General Analytical RWA Disturbance Modeling, Technical Report, Aerospace University Complex, 1388, (In Persian).
Available, [on line]: http://www.ati-ia.com, Access,