[發明專利]一種采用耗能彈簧與管球型結合的被動姿控天平動阻尼器

無效

• 申請號: 201010602202.5
• 申請日: 2010-12-13
• 公開（公告）號: CN102079389A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 王新升;黃海;周旭;岳冠楠;馬海波
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64G1/38
• 分類號: B64G1/38;F16F15/02;F16F15/04;F16F15/067
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發明涉及一種采用耗能彈簧與管球型結合的被動姿控天平動阻尼器，是一種可以用做重力梯度穩定衛星的被動姿態控制阻尼器，屬于航天器姿態控制領域。

背景技術

從20世紀80年代美國軍方提出了現代小衛星的概念以來，現代微小衛星技術發展非常迅速，微小衛星是目前航天器發展的一個重要方向。現代微小衛星具有重量輕、性能好、研制周期短、造價低等優點。作為現代微小衛星關鍵部分，姿態控制系統需具有結構簡單、質量輕、工作時間長和可靠性高的特點。被動姿態控制方式常常被選用。

根據國外航天器已付諸應用的被動姿控阻尼器的資料，常用的被動姿態控制阻尼器主要分為兩種：一種是章動阻尼器，用來抑制或阻尼在星箭分離或其他時刻受到外力矩干擾而產生章動的自旋穩定衛星；一種是天平動阻尼器，其功能是消耗重力梯度衛星的天平動能量，以達到穩定衛星姿態、提高重力梯度穩定衛星對地指向精度的目的。典型的被動章動阻尼器主要有渦流阻尼器、黏性環阻尼器、擺式阻尼器和管-球型阻尼器，天平動阻尼器主要有磁滯棒阻尼器、耗能彈簧阻尼器、黏性流體球形阻尼器、管-球型阻尼器以及磁懸浮球套球阻尼器。

各種姿態控制阻尼器雖然結構簡單，但是材料選取、制作工藝及安裝精度要求很高，目前國外衛星應用較多。國外已研制成功多種被動姿態控制阻尼器，如：1958年先驅者1月球探測器采用了水銀環阻尼器，這是美國應用于空間計劃的第一個章動阻尼器；小型天文衛星(SAS)系列使用了擺式渦流阻尼器；諾斯羅普格魯曼公司-空間技術中心發明了0.8mm-1.6mm直徑鉛粒的顆粒型阻尼器；ESRO-II和ESRO-IV以及HEOS-1和HEOS-2等衛星都曾用過管球型黏性液體阻尼器；亞利桑那大學衛星-1(asusat-1)采用了一種新型的重力梯度球型阻尼器。我國在被動姿控阻尼器方面使用較少，中國氣象衛星FY-2采用了荷蘭Urenco公司的黏性液體阻尼器，剩余章動角0.5分，中國科學試驗衛星SJ-2和中國通信衛星DFH-2曾使用管球型被動姿控阻尼器。

本發明研制了一種采用耗能彈簧與管球型結合的天平動阻尼器。

發明內容

本發明的目的是提供一種采用耗能彈簧與管球型結合的被動姿控天平動阻尼器，它是一種結構簡單、安全可靠、質量輕、效果好，用于微小型重力梯度穩定衛星的姿控阻尼器。它既能克服傳統管球型阻尼器不能有效耗散振動能量的缺點，又能克服耗能彈簧對微小角加速度不敏感的缺點。本發明不僅有效的降低了星箭分離初始階段的角加速度，減小對星體系統的沖擊，而且可最大限度地消耗衛星重力梯度穩定階段天平動能量。

本發明的技術方案如下：見圖1，本發明是一種采用耗能彈簧與管球型結合的被動姿控天平動阻尼器，該阻尼器可分為兩個主要部分：星上固定部分和活動耗能部分。所述星上固定部分包括：強力磁鐵、隔磁外殼；所述的隔磁外殼上設有耗能彈簧固支點；兩塊強力磁鐵正負極正對固定在隔磁外殼上，使形成的磁場與黏性液體管垂直，小鐵球位于垂直點處；隔磁外殼固定于星體上。

所述活動耗能部分包括：耗能彈簧、固支桿、內部重力梯度桿、黏性液體管及液體管固支架、小鐵球；兩耗能彈簧分別通過耗能彈簧固支點固定在隔磁外殼上；固支桿通過耗能彈簧連接在隔磁外殼進而連接在星體上，耗能彈簧可以為螺旋彈簧或扭簧；內部重力梯度桿垂直固定在固支桿上，兩端用不同的配重球形成內部重力梯度穩定；黏性液體管通過液體管固支架與固支桿垂直固定，小鐵球置于黏性液體管內。

該螺旋彈簧采用直徑0.2-0.4mm的鈹銅絲，螺旋外徑為4-6mm。若采用扭簧需要用II類彈簧鋼絲，直徑0.1-.02mm，外徑為4-6mm。

該固支桿為直徑8-12mm的階梯桿，長為60-80mm。

該內部重力梯度桿為直徑12-20mm的階梯桿，長80-120mm，兩端固定有配重球。

該黏性液體采用二甲基硅油，【CAS號】63148-62-9，運動粘度100±10，可在-50℃～180℃正常工作。

該黏性液體管采用外徑6-9mm塑膠管，中段為直管，兩端設有伸縮螺紋用以熱膨脹補償。

該小鐵球為外徑5-8mm的小鋼珠。

該強力磁鐵采用航空航天常用的釤鈷磁鐵，具有較強的抗腐蝕性、抗氧化性和抗高低溫性，外形為半徑6mm，厚3mm的圓片。

該隔磁外殼采用2.5mm厚的80％的鎳合金，內有電磁密封襯墊。