Transcript 小型衛星のパンタグラフ式伸展ブームの開発に関する研究

小型衛星搭載伸展ブームの
開発に関する研究
九州大学 航空宇宙工学コース
軽構造システム工学研究室
学部4年 久松 翔
背景
大
学
中小企業
小型衛星
開発
九州工業
大学
九州大学
福岡工業
大学
Polar Plasma Observation Satellite
QSAT(Qshu Satellite)
搭載ミッション機器
・磁気センサ
・プラズマプローブ
－高周波プローブ
－電位計測プローブ
Fig.1 QSAT
目的
ミッション機器配置要求
磁気センサ
→衛星自身が作り出す磁場の影
響を避けるために衛星構体か
ら1500mm以上離す．
電位計測プローブ
→衛星構体と電気的に絶縁され
た状態で衛星構体から400mm
以上離す．
Fig.2 Configuration of
Mission Instrument
要求を満たす小型衛星用伸展ブームの開発
伸展ブーム（伸展マスト）
Fig.3 Coilable extendible mast
Fig.4 Extension mast of ADEOS-Ⅱ
伸展ブーム概略図
(a) Side view
(before extension)
(b) Side view
(after extension)
Fig.5 Schematic drawing of boom
・構造が単純
・楽に伸展力を与えられる（引張ばね）
(c) Top view
試作モデル
部材：GFRP
ベアリング：イグリデュールX
（ポリマー）
ボルト・ナット：RENY
ワッシャー：テフロン
ヒンジ部部品：アルミ
(a) Before extension
(b) After extension
Fig.6 Prototype model of Extension Boom
ベース板との連結部
(a) Connecting part
・ベース板に長穴を切る
・ボルトを用いて連結
・ボルトにはフランジブッシュをはめる
(b) Enlarged view
Fig.7 Connecting part with base plate
(c) Enlarged view
from the backside
ヒンジ部のベアリング
Last fiscal year
ボールベアリング
NSK販売（株）
ステンレス鋼 製
大気中用
• ミッション機器の要求から，材料は非
磁性体である必要がある．
• 真空中では潤滑油が揮発するため，
逆に摩擦が大きくなる可能性がある．
Current year
スライドベアリング
イグス（株）
ポリマー 製
潤滑油不要
部材・ばねの連結部
• ばねが固定できて
おらず，がたつく．
•Ｌアングルが薄い
ために変形しやすい．
(a) Last fiscal year
ブロックにスリット
を切って，その中
にばねのフックを
通し，ボルトにか
けて固定．
(b) Current year
Fig.8 Connecting part with boom members and springs
伸展力の計算
ブーム部材長さ：L = 100[mm]
ヒンジの中心間の距離：L’ =
90[mm]
引張ばねの自然長：l = 52[mm]
ばね定数：k = 0.0763[N/mm]
引張ばねの伸び： δ  2 L' cos  l
ばねの引張力： P  kδ
引張ばねによるブームの伸展力は
49
49
F
P tan 
k 2L'cos l tan
48 2
48 2

z
x
Fig.9 Calculation model for extension force

伸展力測定試験
動ひずみ測定器
ステッピングモータ
ロードセル
ロータリーエンコーダ
Fig.10 Measurement device of extension force
伸展力
4.5
―　実験値
―　計算値
Extension force [N]
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
Extension length [mm]
Fig.10 Relation between extension length and extension force
伸展初期・伸展完了時の伸展力が小さい
伸展開始時の伸展補助
Compression spring
• 圧縮ばねを用いて初期
の伸展を補助
• ばねはベース板の角の
４ヶ所もしくは２ヶ所に設
置
• ばねの座屈防止用ガイ
ドをつける
Fig.11 Storage shape of extension structure
with compression spring
伸展動作確認試験
ダミーウェイト
(a) Before extension
(b) After extension
Fig.12 extension test without compression spring
(a) Before extension
(b) After extension
Fig.13 extension test with compression spring
まとめ
• 非磁性材料を用いて伸展ブームを製作した．
• ブームの伸展力は，非線形に変化し，伸展開
始時・完了時には小さいことが分かった．
• 伸展動作確認試験を行い，拘束解除直後か
ら伸展完了時まで伸展動作が滑らかに行わ
れることを確認した．