Cảm biến giới hạn lực ứng dụng trong thử nghiệm rung tàu vũ trụ.

Nguồn ESA: Bài kiểm tra Chuẩn bị Herschel với Giới hạn lực bằng cách sử dụng cảm biến lực 3 trục

Do có giá trị cao, các bài kiểm tra độ rung vệ tinh nằm trong số các bài kiểm tra được giám sát và tiến hành cẩn thận nhất trên thế giới. Vì các thử nghiệm này được thực hiện trên phần cứng của vệ tinh thực, nên việc tránh tác động quá mức là rất quan trọng vì nó có thể dẫn đến sự phá hủy không cần thiết hoặc sự mỏi không mong muốn của mẫu thử. Thật không may, ngành công nghiệp này có rất nhiều ví dụ mà vệ tinh và tàu vũ trụ đã bị hư hại trong các cuộc thử nghiệm như vậy.

Để bảo vệ các đối tượng thử nghiệm có giá trị lớn này, các điểm notching hoặc giới hạn lực được sử dụng để ngăn việc thử nghiệm quá mức và tải quá mức đối với cấu trúc vệ tinh hoặc tàu vũ trụ. Điều này được thực hiện bằng cách giới hạn mức phản hồi tại các vị trí quan trọng trên vật phẩm thử nghiệm hoặc trên hệ thống máy lắc bằng cách giảm tín hiệu truyền động ở các tần số dễ gây cộng hưởng.

Tuy nhiên, phương thức giới hạn lực này cũng mang lại rủi ro cho tàu vũ trụ đang thử nghiệm với tất cả các hậu quả có thể xảy ra trong quá trình phóng hoặc sử dụng trong không gian. Đặc biệt là thử nghiệm được thực hiện để hạn chế gia tốc cục bộ nhằm mục đích bảo vệ thiết bị, dụng cụ hoặc hệ thống phụ.

Mặt khác, “giới hạn lực”, như được gọi là tín hiệu phản hồi khi tác dụng lực, là phương pháp theo dõi dao động của vệ tinh trong quá trình thử nghiệm rung được chấp nhận rộng rãi nhất trong ngành hàng không vũ trụ. Đây là một công nghệ tương đối mới, lần đầu tiên được đưa vào sử dụng tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực vào năm 1990 sau sự cố cơ học của một bộ phận hàng không vũ trụ trong một cuộc thử nghiệm rung động. Ngày nay giới hạn lực được sử dụng trong hầu hết các phòng thí nghiệm vũ trụ lớn trên toàn thế giới. Những ý tưởng cơ bản về giới hạn lực đã có trong tài liệu trong nhiều thập kỷ, nhưng sự xuất hiện của bộ chuyển đổi lực áp điện cần thiết để dễ dàng thực hiện giới hạn lực đã thúc đẩy việc thực hiện phương pháp này trong những thập kỷ qua.

Một trong những Thiết bị Đo Lực (Force Measure Device-FMD) tiên tiến nhất đang được sử dụng tại Cơ quan Vũ trụ Châu Âu và sử dụng tổng cộng 24 cảm biến đo lực ba trục riêng lẻ được đo trên hệ thống điều khiển Siemens hiện đại.

Nguồn ESA: Tàu vũ trụ Bepi-Colombo đã thử nghiệm trên hệ thống thử nghiệm rung với FMD cho giới hạn lực và momen, cung cấp khả năng bảo vệ tối ưu

Cấu hình thiết lập FMD cho Force and Moment Limiting

Một FMD điển hình bao gồm hai vòng được nối với nhau bằng các cảm biến giới hạn lực mà mỗi vòng đo lực động theo ba trục. Các tín hiệu được điều hòa bởi bộ khuếch đại điện tích và các đầu ra sau đó được kết hợp trong thời gian thực bởi một bộ thu thập dữ liệu tạo ra ba lực và ba momen. Các kênh đầu ra này sau đó có sẵn để thu thập dữ liệu hoặc để kiểm soát mức độ rung động. Những cấu hình này rất đáng tin cậy và đã chứng minh khả năng kiểm tra chất lượng tàu vũ trụ an toàn.

Cấu hình thiết lập FMD mạnh mẽ hơn để thử nghiệm tàu ​​vũ trụ an toàn hơn

Những tiến bộ mới trong công nghệ hệ thống kiểm tra độ rung giúp bảo vệ các đối tượng thử nghiệm có giá trị cao. Phần mềm Simcenter Testlab cập nhật hỗ trợ cấu hình thiết lập FMD mạnh mẽ hơn để hạn chế lực và momen bằng cách loại bỏ nhu cầu về các thiết bị điều hòa bên ngoài và phần cứng tổng hợp.

Hình trên: Cấu hình với đầu ra FMD được kết nối với các thiết bị điều hòa tín hiệu bên ngoài và hộp tổng hợp lực.
Hình dưới: Cấu hình với tín hiệu đầu ra FMD kết nối trực tiếp với mô-đun VCF4 của bộ điều khiển Simcenter SCADAS với tính toán lực và mômen toàn cục được nhúng trong phần mềm Simcenter Testlab.

Bằng cách mở rộng khả năng thu thập dữ liệu của phần cứng Simcenter SCADAS với mô-đun Simcenter SCADAS VCF4, các tín hiệu lực từ FMD có thể được kết nối trực tiếp với hệ thống điều khiển mà không cần đến các hộp điều hòa tín hiệu bên ngoài. Sự sắp xếp này ngay lập tức phát hiện ra các cảm biến lực bị lỗi và do đó nâng cao độ chính xác của các dữ liệu thu được.

Các tín hiệu của thiết bị đo giới hạn lực và momen ngoại vi được tích hợp trong phần mềm Siemens Testlab bằng cách sử dụng các kênh phần mềm dẫn xuất, loại bỏ yêu cầu về hộp tổng hợp. Hơn nữa, việc tính toán các phương trình cho các lực và mô men được đơn giản hóa nhờ một công cụ dựa trên các mô hình 1D hoặc 3D cho phép tính toán điều này một cách tự động.

Giải pháp tích hợp này, với phần cứng bên ngoài tối thiểu, rõ ràng cung cấp một giải pháp đơn giản hơn nhiều. Giải pháp rẻ hơn và mạnh mẽ hơn để kiểm tra chất lượng vệ tinh.

Link tham khảo: https://blogs.sw.siemens.com/simcenter/force-limiting-test-your-spacecraft-but-dont-destroy-it/

This post is also available in: enEnglish

Chia sẻ bài đăng này



Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *