Виды плотности компоновки бортовой аппаратуры в проектно-конструкторских задачах

Язык труда и переводы:
УДК:
629.7
Дата публикации:
22 января 2022, 23:05
Категория:
Секция 02. Летательные аппараты. Проектирование и конструкция
Авторы
Беляков Андрей Алексеевич
Самарский университет
Аннотация:
Рассмотрено понятие плотности компоновки применительно к проектированию и конструированию космических аппаратов. Представлена трактовка данного параметра в зависимости от типа решаемой задачи. В частности, описано применение той или иной формулировки показателя плотности компоновки при формировании проектного облика изделий и размещения оборудования в отсеках. Показано, какие принципиальные различия существуют между приведёнными определениями, и как это влияет на решения в дальнейшем. Сделаны выводы, каким видом плотности компоновки рекомендуется пользоваться, судя по характеру задачи.
Ключевые слова:
плотность компоновки, космический аппарат, отсек, бортовая аппаратура, конструкция, компоновка космических аппаратов
Основной текст труда

При решении задачи размещения бортовой аппаратуры (БА) в отсеках космических аппаратов (КА) одним из показателей эффективности является плотность компоновки, а одним из частных критериев эффективности — ее максимум. На практике ее применение при проектировочных расчетах и в конструировании начинает приобретать различия, что можно заметить, например, в использовании разных формул и размерностей. Поэтому в данной работе предлагается разграничить понятие плотности компоновки в зависимости от типа решаемой задачи, чтобы помочь проектантам и конструкторам выбирать ту или иную величину данного параметра ради удобства преобразований.

Исходя из употребляемых размерностей можно выделить три вида плотности компоновки — мерную, массовую и относительную. Далее предлагается описать каждую из них подробнее.

Мерная плотность компоновки — величина, которая представляет собой отношение единицы массы БА к единице длины габарита (кг/м) или площади поверхности (кг/м2), или объема пространства (кг/м3) отсека. Традиционно она определяется осреднённой, чтобы учесть с некоторой точностью разнородность материалов изделий, и используется при расчётах массогабаритных проектных характеристик КА [1]. Также эти распределения массы по длине, площади и объему используются для расчёта нагрузок, действующих на КА и его отсеки на различных этапах эксплуатации, расчета динамики колебаний выносных конструкций и динамических расчетов КА в полете в целом [2].

Массовая плотность компоновки — обратная величина, равная отношению единицы объёма БА к единице собственной массы (м3/кг). Она показывает, сколько места в пространстве отсека приходится на килограмм размещаемого оборудования. В таком виде данная характеристика полезна при разработке схемы размещения БА в отсеке, чтобы при известной суммарной массе объектов оценивать в первом приближении основное условие существование компоновки (условие вместимости). И если в первом случае критерием эффективности является максимум мерной плотности компоновки, то здесь наоборот, то есть чем меньше объёма отводится на каждое изделие, тем компактнее результат [1].

Относительная плотность компоновки — безразмерная величина, определяемая как отношение длин габаритов или объёмов компоновки БА к отсеку КА. Такая трактовка позволяет оценивать наличие образовавшихся пустот, их характер и расположение в пространстве [3]. Либо, если установка объектов осуществляется с разбиением отсека на стеллажи по его высоте, то за критерий эффективности становится возможным принять минимум высоты зоны размещения [4].

Важно отметить, что плотность компоновки в любом из трех видов не может быть единственным аргументом целевой функции размещения, потому что на практике связь между целевыми показателями и конструктивными, стоимостными и тд. параметрами КА довольно сложна [1]. Поэтому данный параметр предлагается применять совместно с массово-центровочными и инерционными характеристиками КА.

Таким образом, при решении задачи размещения БА в отсеках КА на разных этапах работы размерность плотности компоновки может технически различаться. Если нужно определить габариты и массы приборов, то для этого подходит мерная плотность компоновки. Если эти параметры заранее известны, то с помощью перемножения всей совокупной массы приборов на массовую плотность компоновки можно быстро узнать, какой объем может занять итоговая компоновка. Если же требуется оценить эффективность решения, то здесь пригодится относительная плотность компоновки, которая покажет процент заполнения отсека приборами и наличие пустот в нем.

Литература
  1. Куренков В.И. Основы проектирования космических аппаратов оптико-электронного наблюдения поверхности Земли. Расчет основных характеристик и формирование проектного облика. Самара: Изд-во Самарского университета, 2020. 461 с.
  2. Козлов Д.И., Аншаков Г.П., Агарков В.Ф. и др. Конструирование автоматических космических аппаратов / под ред. Д.И. Козлова. М.: Машиностроение, 1996. 448 с.
  3. Беляков А.А., Шулепов А.И. Разработка алгоритма размещения грузов в отсеках транспортного космического аппарата // Вестник Амурского государственного университета. Серия: Естественные и экономические науки. 2020. № 91. С. 19–30. DOI: 10.22250/jasu.4
  4. Ягудин Р.Р. Решение задачи оптимизации упаковки многогранников в параллелепипедную область на основе построения годографа вектор-функции плотного размещения // Информатика, телекоммуникации и управление. 2012. № 5. С. 58–62.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.