Original title:
Magnetorheological Strut for Vibration Isolation System of Space Launcher
Translated title:
Magnetorheological Strut for Vibration Isolation System of Space Launcher
Authors:
Macháček, Ondřej ; Borin, Dmitry (referee) ; dr hab. inż. Janusz Gołdasz, prof. PK (referee) ; Mazůrek, Ivan (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2018
Language:
eng Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství Abstract:
[eng][cze]
Práce se zabývá návrhem magnetoreologické (MR) vzpěry vibroizolačního systému (VIS) pro kosmický nosič. V rešeršní části jsou popsány vybrané VIS a vzpěry těchto systémů, které byly v kosmických nosičích využity v minulosti. Každá z těchto vzpěr obsahující kapalinu byla těsněna pomocí statických těsnění a pružných vlnovců vyrobených z oceli. Důkladněji byla analyzována vzpěra pasivního systému VIS s označením ELVIS, jehož konstrukce se stala inspirací pro tuto práci. Jedná se o tříparametrický systém, v němž je tlumič uložen na pružině, jejíž tuhost přibližně odpovídá objemové tuhosti vlnovců respektive jejímu průmětu do axiálního směru (pressure thrust stiffness). V práci je představena metodika pro stanovení “pressure thrust stiffness” na základě geometrie vlnovce a také uvedeny parametry vlnovce díky kterým je možné měnit poměr mezi axiální a “pressure thrust stiffness” vlnovce. Tento poměr ovlivňuje v dané koncepci vzpěry její dynamické chování a tím i chování celého VIS. Pro predikci dynamického chování vzpěry byl vytvořen multi-body model VIS založeného na Stewartově plošině a detailnější model jediné vzpěry. Simulace provedené v tomto modelu odhalily parametry, které mají vliv na výkonost tlumiče ve VIS: časová odezva a dynamický rozsah. Díky modelu byl určen rozsah těchto parametrů, ve kterých bude zaručena efektivní funkce vzpěry ve VIS, konkrétně: časová odezva: 0-5ms, dynamický rozsah: 5-10. Před finálním návrhem vzpěry byla sestrojena vzpěra experimentální vzpěra, jejíž parametry byly přesně naměřeny a využity pro verifikaci jednotlivých modelů. Poznatky získané během experimentů byly využity při návrhu finální vzpěry. Jeden z nejdůležitějších poznatků byla nutnost náhrady feritového magnetického obvodu s ohledem na jeho křehkost. Proto byl odvozen tvarový přístup k navrhování rychlých magnetických obvodů z oceli s využitím 3D tisku, který byl následně patentován. Navržená vzpěra obsahuje magnetoreologický ventil jehož odezva je predikována na 1.2 ms a dynamický rozsah 10. V závěru práce je představena metodika, díky které byla vzpěra navržena.
The dissertation thesis deals with the design of magnetorheological (MR) strut for vibration isolation system (VIS) of the launch vehicle. Previously used VIS and their struts are described in state of the art. Each of the struts which contained any fluid was sealed by static seals and elastic bellows made of steel. The strut of a passive system called ELVIS was chosen as an inspiration and therefore analysed thoroughly. The strut is three-parametric that means the damper is elastically connected. The stiffness of this connection is identical to the projection of bellows volumetric stiffness into the axial direction which is called the pressure thrust stiffness. The method of the pressure thrust stiffness determination from the bellows dimensions is presented in the thesis. Moreover, the parameters which can be used for the modification of the ratio between axial and pressure thrust stiffness of bellows is also discussed. This ratio affects the dynamic behaviour of the strut, thus also the behaviour of whole VIS. The multi-body model of VIS based on the Stewart platform mechanism and detailed multi-body model of a single strut was created for the prediction of their dynamic behaviour in a vibration environment. Simulations have revealed the parameters which affect the efficiency of the MR strut: the time response and the dynamic force range of the MR valve. The range of these parameters which should ensure an effective vibration isolation by the MR strut in the specific VIS was determined by the multi-body model; specifically, time response: 0-5 ms and the dynamic force range 5-10. The final design of the MR strut for the VIS of the launch vehicle preceded the design, manufacture and testing of the experimental strut. The parameters of the experimental strut were measured and consequently used for the verification of models used in the thesis. Knowledge obtained during the tests were used in the final design of the strut. One of the most important detections was that the ferrite (material used in the magnetic circuit) cracked during the semi-active control of the experimental strut. Therefore, a method of the fast magnetic circuit designing was established and subsequently patented. The method is based on a shape modification of the magnetic circuit which ensures shorter time response and the magnetic circuit is manufactured by 3D printing. The MR strut designed in this thesis has a predicted time response of 1.2 ms and dynamic range 10. The method which was used for the design process is summarised in conclusions.
Keywords:
isolace; kosmický nosič; krátká časová odezva; magnetoreologický; objemová tuhost; odpružení; pružně uložený tlumič; tlumení; tlumič; ventil; vibrace; vibroizolační systém; vzpěra; damper; damping; elastically connected damper; isolation; launch vehicle; magnetorheological; metal bellows; payload adapter; pressure thrust stiffness; short time response; strut; suspension; valve; vibration isolation system; vibrations
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/137353
guest ::
