Bir uydunun fırlatma esnasında maruz kaldığı yükler altındaki yapısal davranışının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada uyduların üretim aşamasından yörüngedeki görev ömrünün sonuna kadarki aşamalarda karşılaşabileceği ortamlar hakkında temel bilgiler verilmiş ve bu ortamların uydu üzerindeki olası etkileri aktarılmıştır. Yapısal sistem açısından en kritik ortam olan fırlatma esnasında uyduların karşılaşabilecekleri ortamlar ve bu ortamlardan kaynaklanan yükler genel olarak aktarılmış ve etkilerin incelenmesi için uygulama alanı olarak da Türkiye'nin ilk üniversite uydu projesi olan İTÜ pSAT-1 (İTÜ pico-Satellite) uydusunun bu yapısal zorlamalara karşı davranışı incelenmiştir.İlk aşamada uydunun sonlu eleman ağı uydu yapısını yansıtacak şekilde oluşturulmuş ve uydunun fırlatma sistemine yerleşimi göz önünde bulundurularak sınır koşulları tanımlanmıştır. Devamında uydunun modal analizleri yapılarak uydunun doğal frekans değerleri elde edilmiştir. Bu sayede fırlatma sisteminin talep ettiği uydu katılık değerinin sağlandığı gösterilmiştir. Yapılan modal analizlerin doğrulanması maksadıyla gövde iskeletinin modal testleri de yapılmıştır.Takip eden aşamada fırlatma esnasında İTÜ pSAT-1 uydusunun maruz kalacağı sanki-statik, rasgele titreşim ve şok yükü zorlamalarının değerleri fırlatma sistemi el kitaplarından sağlanmıştır. Bu yüklerin uyduya nasıl ve hangi noktalardan uygulanacağı belirlenmiş ve uydu hesaplanan ivme yüklerine (g-yükü) maruz bırakılıp statik analizlerle uydunun yapısal davranışı incelenmiştir. Buna ek olarak uydunun rasgele titreşim analizleri de yapılmıştır. Sonuç olarak İTÜ pSAT-1 uydusunun doğal frekans değerleri ile g-yükü altında ortaya çıkan yer değiştirme ve gerilme değerlerinin istenen seviyelerde olduğu görülmüştür.

In this study all environments which satellite subjected to from product to end of life at the mission are researched, and both of ground and space environments are investigated. It is understood that launch phase is the most critical environment for the structure of the satellite. Therefore in this study structural behavior of a satellite subjected to launch loads are investigated more detailed. As an application İTÜ pSAT-1 the first student pico-satellite project of the Turkey is researched in this study.First of all, finite element model is created for İTÜ pSAT-1 with boundary conditions which mirror of the configuration at the launcher. Then modal analysis is done to find natural frequency of the satellite. By this mean, the stiffness value of the satellite expected by launcher company is provided. For verification of the modal analysis, modal test is done for the main structure.After that by using launcher user manual, the mechanical loads which are quasi-static, random vibration and shock loads are defined for the satellite İTÜ pSAT-1. Then application region for this loads are determined and g-loading factors are calculated. By using this g-loading factor, static analysis is performed and observed the structural behavior of the satellite. In addition, random vibration analysis is also performed for the satellite structure. As a result, the deformation and stress distributions of the pico-satellite İTÜ pSAT-1 taken from the static and dynamic (modal and random) analysis results are seem to be in expected levels.