[發(fā)明專利]三棱錐構型的變速控制力矩陀螺群（VSCMGs）裝置

在審

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• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111779937A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設計）人: 吳悅;邵芳;管榮強;李明月;于靜;羅紅宇;劉子超
• 申請（專利權）人: 吉林工程技術師范學院
• 主分類號: F16M11/12
• 分類號: F16M11/12;F16M11/18;F16M11/22;G01D5/14;G01L5/00;G05D17/02
• 代理公司: 成都智涌知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 51313
• 代理人: 周正輝

本發(fā)明涉及航空航天技術領域，具體提出了三棱錐構型的變速控制力矩陀螺群（VSCMGs）裝置，其中包括：保護殼系統(tǒng)、三臺相同的單框架變速力矩陀螺單機；所述保護殼系統(tǒng)包括：基座、頂罩；所述單框架力矩陀螺單機包括：陀螺內(nèi)框架系統(tǒng)、陀螺外框架系統(tǒng)、三角固定零件。所述陀螺內(nèi)框架系統(tǒng)與所述陀螺外框架系統(tǒng)固定連接；所述陀螺外框架系統(tǒng)與所述保護殼系統(tǒng)固定連接；所述三角固定零件與所述陀螺外框架系統(tǒng)固定連接；本發(fā)明使用三臺相同單框架變速控制力矩陀螺單機組成陀螺群來測試力矩輸出特性；本發(fā)明還具有體積小，輕量化，高精度，大角動量等優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及航天航空技術領域，具體涉及了三棱錐構型的變速控制力矩陀螺群（VSCMGs）裝置。

背景技術

執(zhí)行機構為航天器提供姿態(tài)穩(wěn)定或姿態(tài)機動所需的控制力矩，是姿態(tài)控制系統(tǒng)的重要組成部分。執(zhí)行機構姿態(tài)控制方式主要有質(zhì)量交換和動量交換兩種方式。質(zhì)量交換方式具有大推力、響應速度快等優(yōu)點，但這種方式需要增加專門的噴氣裝置，這樣會增加衛(wèi)星的質(zhì)量和成本，而且這種控制方式穩(wěn)定性不佳。動量交換控制方式依據(jù)動量矩定理，為星體提供反作用控制力矩。常用的動量交換執(zhí)行機構有反作用輪和控制力矩陀螺等。反作用輪方向不變，轉速改變，是目前小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)中應用最廣的執(zhí)行機構，但其輸出力矩較小。相對于反作用輪，控制力矩陀螺輸出力矩更大，響應速度更快等特點。由于控制力矩陀螺以上優(yōu)點，控制力矩陀螺在姿態(tài)控制領域受到越來越多的應用，目前在航天領域應用較廣的為單框架控制力矩陀螺(以下簡稱SGCMG)。

由于一單元 SGCMG 輸出力矩始終垂直于框架軸，所以只有將一定數(shù)量的SGCMG單元組成特定構型才能夠實現(xiàn)三維力矩輸出的目標，滿足航天器三軸姿態(tài)控制任務要求。特定構型下的單框架控制力矩陀螺群運行過程中可能出現(xiàn)所有單元輸出陀螺力矩共面情況，此時單框架控制力矩陀螺群在力矩共面的法線方向無法輸出力矩，這就是單框架控制力矩陀螺群的奇異問題。

為了規(guī)避單框架控制力矩陀螺群奇異問題，目前已產(chǎn)生了許多解決方法，比如增大角動量冗余設計或者操縱律設計，但這兩種方法都有較明顯的缺點；另外一種方法是在構型不變以及不增加額外硬件條件下，只增加飛輪調(diào)整轉速自由度，使單框架控制力矩陀螺成為變速控制力矩陀螺(Variable Speed Control Momentum Gyroscope，VSCMG)。相對于 SGCMG，增加飛輪變速自由度的 VSCMG 具有更加豐富的零運動，在滿足姿態(tài)控制任務的力矩要求條件下能夠有效規(guī)避奇異。而且VSCMG群的構型設計沿用了單框架控制力矩陀螺群的研究成果，可靠性較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對變速控制力矩陀螺群的構型設計提出了三棱錐構型的變速控制力矩陀螺群（VSCMGs）裝置以測試在飛輪不同角動量、內(nèi)框架角速度情況下的陀螺群輸出力矩特性。

三棱錐構型的變速控制力矩陀螺群（VSCMGs）裝置包括：保護殼系統(tǒng)、三臺相同的單框架力矩陀螺裝置；所述保護殼系統(tǒng)包括：基座、頂罩；所述單框架力矩陀螺裝置包括：陀螺內(nèi)框架系統(tǒng)、陀螺外框架系統(tǒng)、三角固定零件。

進一步的，所述陀螺內(nèi)框架系統(tǒng)與所述陀螺外框架系統(tǒng)固定連接；所述陀螺外框架系統(tǒng)與所述保護殼系統(tǒng)固定連接；所述三角固定零件與所述陀螺外框架系統(tǒng)固定連接。

進一步的，所述陀螺內(nèi)框架系統(tǒng)包：動量飛輪電機、電機固定底座、驅動端側板，從動端側板、頂板；所述陀螺外框架系統(tǒng)包括：底框架、傳感器固定側板、云臺電機固定側板、霍爾角度傳感器、軸套、云臺電機；

進一步的，所述保護殼系統(tǒng)中基座開口平面為六邊形，六邊形由三條相等的長邊和三條相等的短邊構成；基座整體形狀類似喇叭；所述頂罩開口端六邊形形狀與基座開口相同，深度較基座更深；所述頂罩與所述基座通過各自開口端邊長對應后通過螺釘固定連接。