مکانیک هوافضا

مکانیک هوافضا

بررسی دینامیک کیوبست در داخل پیپاد با درنظرگرفتن عوامل مؤثر بر آن

نوع مقاله : گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری،پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایران
2 استادیار، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایران
3 کارشناسی ارشد، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایران
چکیده
برای برآورده‌کردن الزامات مأموریت‌های ماهوارههای مکعبی لازم است حرکت کیوبست داخل پیپاد و سرعت جدایش آن موردمطالعه و بررسی قرار گیرد. در این مقاله حرکت کیوبست در داخل پیپاد تا لحظه خروج کامل با استفاده از مدل‌سازی تحلیلی بررسی شده است. به دلیل عملکرد پیپاد در شرایط بیوزنی، حرکت کیوبست در دو حالت با و بدون شتاب گرانش موردمطالعه قرار میگیرد. بدین منظور حرکت سیستم موردنظر با استفاده از معادلات دینامیکی مدل‌سازی شده و در ادامه تأثیر گرانش، موقعیت خروج از مرکز جرم (CG)، ضریب اصطکاک و لقی بین دیواره کیوبست و پیپاد بر روی سرعت زاویهای و سرعت خطی کیوب‌ست U3 در راستای حرکت آن و در لحظه خروج بررسی شده است. سپس مکانیزم پیپاد به همراه نمونه کیوبست ساخته شده و آزمون تجربی برای صحه‌سنجی مدل‌سازی تحلیلی انجام‌گرفته است. نتایج نشاندهنده تطابق قابلقبول مدل‌سازی تحلیلی و آزمون تجربی است. مشاهده میشود که افزایش خروج از مرکزیت CG در راستای عمود بر حرکت و کاهش خروج از مرکزیت CG در راستای حرکت کیوبست و افزایش خروج از مرکزیت CG به سمت صفحه هل دهنده کیوبست باعث افزایش سرعت زاویهی و کاهش سرعت خطی خروجی می‌شود. علاوه بر این، کاهش ضریب اصطکاک و افزایش لقی مابین دیواره کیوبست و پیپاد منجر به افزایش سرعت زاویهای و سرعت خطی خروجی کیوبست شده است. همچنین وجود شتاب گرانش باعث افزایش سرعت خطی و کاهش سرعت زاویهای خروجی شد.

چکیده تصویری

بررسی دینامیک کیوب‌ست در داخل پی‌پاد با درنظرگرفتن عوامل مؤثر بر آن
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigating Dynamics of the Cubesat Inside the P-Pod Considering Affecting Parameters

نویسندگان English

Arezoo Esmaeili 1
Moharram Shameli 2
Seyed Tohid Khandani Kuzehkonan 2
Gholamreza Hashemi 3
1 PhD Student, Iranian Space Research Institute, Tabriz, Iran
2 Assistant Professor, Iranian Space Research Center, Tabriz, Iran
3 Master's Degree, Iranian Space Research Center, Tabriz, Iran
چکیده English

In order to meet the requirements of cubic satellite missions, it is necessary to study and investigate the motion of the cube-sat inside the P-pod and its separation velocity. In this paper, the movement of a CubeSat inside the P-POD until the complete departure has been investigated using analytical modeling. Due to the performance of P-Pod in weightless conditions, the motion of CubeSat is studied in two conditions namely, with and without gravitational acceleration. For this purpose, the motion of the desired system is modeled using dynamic equations, and then the effect of gravity, the position of the center of mass (CG), the coefficient of friction and gap between the wall of the cube set and the P-pod on the angular velocity and the linear velocity of the 3U cube-sat has been analyzed in the direction of its motion and at the departure. Then, the P-Pod mechanism was manufactured along with the cube-set and an experimental test was conducted to validate the analytical modeling. The results show an acceptable agreement between the analytical modeling results and the experimental ones. It was observed that the increase in the deviation from the CG in the direction perpendicular to the motion, the decrease in the deviation from the CG in the direction of the cube-sat motion and the increase in the deviation from the CG to pusher plate in the direction of the cube-sat motion increase the angular velocity and decrease the output linear velocity. In addition, decreasing the friction coefficient and increasing the gap between the cube-sat wall and P-pod has led to an increase in the angular velocity and linear velocity of the cube-sat. Moreover, the gravitational acceleration results in increasing the linear velocity and decreasing the angular velocity.

کلیدواژه‌ها English

Analytical Modeling Cubesat P
Pod Mechanism Angular Velocity Gravity Acceleration


Smiley face

[3]     Salarieh H and Khalesi R, Simultaneous Attitude and Orbit Determination Using Sensor Fusion Algorithm Based on the Dynamic of Satellite and Star Tracker. 2020; 13 (4).DOR: 20.1001.1.26455323.1396.13.4.5.4 [In Persian]
[4]     Safarabadi M and et all. Design of micro-vibration isolation system for a remote-sensing satellite payload using viscoelastic materials. Engineering Solid Mechanics. 2020; 8. DOI:10.5267/j.esm.2019.8.003
[5]     Emami H, Farahani F and Safarabadi M. Influence of modal effective mass distribution on the static and dynamic behavior of a satellite structure u
nder base excitations. Material Science Research India. 2008; 5 (2). DOI:10.13005/msri/50201
[6]     Safarabadi M and Bazargan S. Prediction of equivalent static loads act on a micro satellite via modal analysis. Engineering Solid Mechanics. 2015; 3. DOI:10.5267/j.esm.2015.2.004
[7]     Roosta M and Safarabadi M. Study of mass reduction- possibility of a cubic microsatellite by replacing isogrid structure with sandwich panel structure using finite element analysis. Modares Mechanical Engineering. 2016; 16 (9), (in Persian).
[8]     Nason I, puig-suari J, Twiggs R. Development of a Family of Picosatellite Deployers Based on the CubeSat Standard. Proceedings, IEEE Aerospace Conference, USA, 2002. DOI:10.1109/AERO.2002.1036865
[9]     Hiller R. Design of a CubeSat Separation Mechanism.  Research thesis, Dept. Mechanical. Eng., Western Michigan Univ., United States, 2017.
[10]   Guo J, Zhang J and et all. Modeling of the CubeSat deployment and initial separation angular velocity estimation. Aerospace Science and Technology. 2019; 95. DOI:10.1016/j.ast.2019.105477
[11]   Arshad M. A, Mehmood R, khan H. Dynamic Analysis of 3U deployer (iPOD) Structure. 2021 Seventh International Conference on Aerospace Science and Engineering (ICASE), Pakistan, 2021. DOI:10.1109/ICASE54940.2021.9904095
[12]   Barsoum G. I, Ibrahim H. H, fawzy M. A. Static and Random Vibration Analyses of a University CubeSat Project. Journal of Physics: Conference Series. 2019; 1264. DOI:10.1088/1742-6596/1264/1/012019
[13]   Zhang J, Zhou J, Deng Y. CubeSat Separation Parameter Optimization. 12th International Conference on Signal Processing and Communication Systems (ICSPCS), Australia, 2018.
[14]   Liu Y, Teng L and Jin Zh. An optimization method of separation parameters for picosatelliteby minimizing external moment. Journal of Physics: Conference Series. 2020; 1634.
[15]   Yang F, Yue H, Wang G. and et. al. The Design and Analysis of Picosatellite Deployer with Controllable Release Function. IEEE International Conference on Information and Automation (ICIA), China, 2017. DOI:10.1109/ICInfA.2017.8078969
[16]   Yudintsev V. Cubesat Separation Dynamics. Latin American IAA Cubesat Workshop, Brazil, 2016.
[17]   Lim Q and et all. Design and Development of a Dual-Use Satellite Deployer. 38th Annual Small Satellite Conference, USA, 2024. DOI:10.26077/ktj9-a529
[18]   Xu Y and et all. Design and verification of CubeSat deployer with the dual redundancy electromagnetic open door mechanism. Journal of Physics. 2024; 2691.
[19]   Tullino S. K. Testing and evaluating deployment profiles of the canisterized satellite dispenser (CSD). M.S. thesis, Dept. Astronautical. Eng., Air Univ., Ohio, United States, 2017. DOI:10.2514/6.2017-0850  

  • تاریخ دریافت 19 فروردین 1405
  • تاریخ بازنگری 06 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 28 خرداد 1405
  • تاریخ انتشار 13 تیر 1405