[發明專利]衛星旋轉部件動靜不平衡干擾力矩自補償方法

在審

• 申請號: 201611183882.5
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106586034A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 謝祥華;嚴玲玲;張銳;劉劍;胡志強;祁海銘;趙璟;本立言;何夏維
• 申請（專利權）人: 上海微小衛星工程中心
• 主分類號: B64G1/28
• 分類號: B64G1/28
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙)31312
• 代理人: 李陽

技術領域

本發明屬于航天器姿態控制技術領域，涉及一種帶旋轉部件的衛星消除旋轉部件動靜不平衡干擾力矩的方法。

背景技術

隨著現代衛星應用領域的不斷拓展，星上載荷，特別是探測應用類載荷，對轉動機構的需求越來越大，星上的旋轉部件越來越多，旋轉部件的慣量要求越來越大，轉速要求也越來越快。

星上旋轉部件在轉動時會形成旋轉軸軸向的干擾力矩和干擾角動量，可以通過在衛星星體上配置平衡輪，通過同步反向旋轉的方式進行抵消。但旋轉部件的質心偏差和質量分布不均，在旋轉部件快速旋轉時會在旋轉面內產生動靜不平衡干擾(靜不平衡干擾和動不平衡干擾)。

如圖1(a)和圖1(b)所示，旋轉部件繞旋轉軸z’z”軸旋轉，旋轉角速度為ω₀。O_c為整星質心，以O_c為原點建立旋轉部件基準坐標系O_cXYZ，O_cZ軸與旋轉軸z’z”平行，O_cX軸在與O_cZ軸垂直的平面內，指向旋轉部件的零位方向，O_cY軸與其它兩軸符合右手定則，坐標系O_cXYZ不隨旋轉部件轉動。

理想情況下，旋轉部件質量分布均勻，且質心處于旋轉軸上(圖1中O_x點)，不會產生靜不平衡干擾和動不平衡干擾。

實際旋轉部件的質心偏離O_x點，但與O_x點處于同一旋轉面內，等效于在距離O_x點r_s處存在一個質量為m_s的質量塊，如圖1(a)所示。在旋轉部件旋轉時，m_s產生向心力F_s，作用與整星質心O_c，產生靜不平衡干擾力矩T_s，其大小為：

T_s＝F_s·r_sc＝m_sω²r_s·r_sc

T_s處于O_cXY面內，方向隨旋轉部件旋轉而周期變化，在旋轉部件處于零位狀態時，T_s與O_cX的夾角定義為α₀。

同時旋轉部件沿旋轉軸方向質量分布不均，等效于在距離O_x點h處的上下兩個旋轉面內，相對于O_x點對稱位置處(與旋轉軸距離r_d)各存在一個質量為m_d的質量塊，如圖1(b)所示。在旋轉部件旋轉時，兩質量塊產生的一對離心力F_d形成動不平衡干擾力矩T_d，其大小為：

T_d＝F_d·2h＝m_dω²r_d·2h

T_d處于O_cXY面內，方向隨旋轉部件旋轉而周期變化，在旋轉部件處于零位狀態時，動不平衡干擾力矩T_d與的夾角定義為β₀。

靜不平衡干擾力矩和動不平衡干擾力矩疊加后形成動靜不平衡干擾力矩T_sd。根據T_s和T_d的特性可知，T_sd的大小定義為A，當T_s與T_d方向一致時，A取最大值為(m_sr_sr_sc+2m_dr_dh)ω²；T_sd同樣處于O_cXY面內，方向隨旋轉部件旋轉而周期變化，在旋轉部件處于零位狀態時，T_sd與O_cX的夾角定義為γ₀(-180°≤γ₀≤180°)。