[發(fā)明專利]一種金字塔構(gòu)型的單框架變速控制力矩陀螺群裝置

在審

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• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111779938A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邵芳;于靜;管榮強;李明月;吳悅;羅紅宇;劉子超
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林工程技術(shù)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(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51313
• 代理人: 周正輝

本發(fā)明涉及航天航空技術(shù)領(lǐng)域，且公開了一種金字塔構(gòu)型的單框架變速控制力矩陀螺群裝置，包括：外殼組合系統(tǒng)、四臺單框架變速控制力矩陀螺單機；其中外殼組合系統(tǒng)包括：外殼（下）、外殼（中）、外殼（上）；一種金字塔構(gòu)型的單框架變速控制力矩陀螺單機包括：陀螺外框架系統(tǒng)、陀螺內(nèi)框架系統(tǒng)和定位方塊；陀螺外框架系統(tǒng)包括：曲桿框架、外框架側(cè)板A、外框架側(cè)板B、霍爾角度傳感器、軸套、云臺電機；陀螺內(nèi)框架系統(tǒng)包括：動量飛輪電機、驅(qū)動電機底座外框、驅(qū)動端側(cè)板、從動端側(cè)板、頂框；所述陀螺外框架系統(tǒng)與所述外殼組合系統(tǒng)固定連接；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；所述定位方塊與所述陀螺外框架固定連接。本發(fā)明可有效完成對變速力矩陀螺群力矩輸出特性進行測試。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天航空技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金字塔構(gòu)型的單框架變速控制力矩陀螺群裝置。

背景技術(shù)

基于陀螺進動原理輸出力矩、用于航天器姿態(tài)控制應(yīng)用的執(zhí)行機構(gòu)-單框架控制力矩陀螺(Single Gimbal Control Momentum Gyroscope，SGCMG)具有以下特性：一是具有力矩放大能力，能夠達到大力矩輸出的目的；二是線性度優(yōu)良，易于獲得良好的姿態(tài)控制性能；三是不損耗工質(zhì)，無羽流污染。

在構(gòu)型不變以及不增加額外硬件條件下，只增加飛輪調(diào)速自由度，使 SGCMG 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(wù)的力矩要求條件下能夠有效規(guī)避奇異。

通過閱讀文獻可知，變速控制力矩陀螺群構(gòu)型沿襲了已有的單框架控制力矩陀螺群的研究成果，所以需先介紹單框架控制力矩陀螺群的構(gòu)型特點。

單框架控制力矩陀螺群構(gòu)型按照安裝形式可分為兩大類：成對安裝和非成對對稱安裝。成對安裝是指在同一軸上安裝兩個SGCMG，這樣安裝可以減輕奇異面的復(fù)雜程度。代表構(gòu)型有雙平行構(gòu)型、三平行構(gòu)型。非成對對稱安裝，是指在每一軸上只安裝一個SGCMG，而框架軸在空間成對稱分布，由于其對稱分布的特點，每個SGCMG在系統(tǒng)中處于相同的位置，作用也相同，這樣具有最高的失效效率，代表構(gòu)型有金字塔構(gòu)型、五棱錐構(gòu)型等。

評價SGCMG構(gòu)型優(yōu)劣的指標有靜態(tài)指標和動態(tài)指標，其中靜態(tài)指標依賴于構(gòu)型的安裝矩陣，一旦構(gòu)型確定就不再改變，是選擇合適SGCMG構(gòu)型的依據(jù)。常見的SGCMG構(gòu)型的靜態(tài)指標有構(gòu)型效益，失效效益，可控效益，奇點損失率等。

本發(fā)明采用金字塔構(gòu)型作為研究基礎(chǔ)對變速控制力矩陀螺群進行研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種金字塔構(gòu)型的單框架變速控制力矩陀螺群裝置；通過十字成對對稱放置的四臺單框架變速力矩陀螺單機的動量飛輪旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生轉(zhuǎn)動慣量，后通過云臺電機驅(qū)動陀螺內(nèi)框架系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)迫使動量飛輪轉(zhuǎn)動慣量（旋轉(zhuǎn)軸）方向發(fā)生改變產(chǎn)生進動力矩。

一種金字塔構(gòu)型的單框架變速控制力矩陀螺群裝置，包括：外殼組合系統(tǒng)、單框架控制力矩陀螺單機；所述單框架控制力矩陀螺單機包括：陀螺外框架系統(tǒng)、陀螺內(nèi)框架系統(tǒng)、定位方塊；所述陀螺外殼組合系統(tǒng)包括：外殼（下）、外殼（中）、外殼（上）；所述陀螺外框架系統(tǒng)包括：曲桿框架、外框架側(cè)板A、外框架側(cè)板B、霍爾角度傳感器、軸套、云臺電機；所述陀螺內(nèi)框架系統(tǒng)包括：動量飛輪電機、驅(qū)動電機底座外框、驅(qū)動端側(cè)板、從動端側(cè)板、頂框。所述陀螺外框架系統(tǒng)與所述外殼組合系統(tǒng)固定連接；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；所述定位方塊與所述陀螺外框架固定連接。

進一步的，所述外殼組合系統(tǒng)中外殼（下）為基座，整體呈碗狀，四臺單框架控制力矩陀螺成對對稱安裝在外殼（下）上；所述外殼（中）呈空心圓柱狀；所述外殼（上）呈碗狀，高度與所述外殼（下）相同。所述外殼（中）與所述外殼（下）固定連接；所述外殼（上）與所述外殼（中）固定連接；