Силовое гироскопическое устройство

 

Изобретение относится к электромеханическим исполнительным органам систем ориентации искусственных спутников Земли на основе спаренных гироскопов. Устройство содержит два гироскопа с кинематически связанными кардановыми подвесами, снабженными электроприводами поворота, при этом кардановы подвесы с электроприводами размещены внутри роторов гироскопов. Техническим результатом является уменьшение веса и габаритов. 2 ил.

Предлагаемое устройство относится к электромеханическим исполнительным органам систем ориентации искусственных спутников Земли (ИСЗ) на основе спаренных гироскопов.

Известны устройства с двумя гироскопами и механической синхронизацией одноименных осей поворота двухстепенных подвесов, при этом по величине развиваемых по осям ИСЗ моментов, судят косвенным путем по аналитическим выражениям, используя информацию об углах и угловых скоростях поворота осей гироскопов относительно корпуса ИСЗ, (Джекот Лиска. Применение гиростабилизаторов в системах управления угловым положением космических аппаратов.- Вопросы ракетной техники, №2, 1967).

Основными недостатками таких устройств являются:

значительный вес и габариты, вследствие того, что кольца сложного подвеса охватывают гирокамеру;

информация по углам и угловым скоростям не позволяет непосредственно оценить величину момента, а вследствие того, что развиваемый устройством момент по какой-либо оси зависит от углов и угловых скоростей поворота по двум перекрестным осям, резко усложняется аппаратура для реализации необходимого алгоритма управления.

Кроме того, ряд технологических факторов (неперпендикулярность осей подвеса, неравенство кинетических моментов) и их изменение в процессе эксплуатации (люфт) остаются неучтенными.

Предлагаемое устройство, схематически показанное на фиг.1, в известной мере свободно от указанных недостатков.

Роторы гироскопов 1 консольно закреплены на валах электродвигателей, корпусы которых являются внутренними кольцами подвесов 2 (бикарданов подвес по терминологии А.Ю.Ишлинского). Подвесы установлены в неподвижных опорах 3 и 4. Рычажные механизмы синхронизации по осям поворота 5 и 6 несут на своих кривошипах тензодатчики ТД₁ и ТД₂. Электроприводы ЭП₁ и ЭП₂ служат для поворота гироскопов вокруг осей 5 и 6.

Роторы гироскопов выполнены специальной "грибообразной" конфигурации, так что узел подвеса, неподвижные опоры, механизмы синхронизации и электроприводы поворота размещаются в пространстве под роторами. Конфигурация ротора выбирается так, чтобы обеспечить необходимый угол поворота. Указанное расположение роторов относительно других элементов устройства позволяет увеличить момент инерции ротора гироскопа и снизить размеры подвеса, благодаря чему снижается вес и габариты устройства в целом.

Работа устройства происходит следующим образом. При подаче управляющего сигнала на электропривод ЭП₁ (ЭП₂) происходит разворот главных осей гироскопов в соответствии с кинематикой подвесов фиг.1. Суммарные изменения величин проекций векторов кинетических моментов гироскопов по обеим осям во времени определяют величину и знак механических моментов, которые передаются на корпус ИСЗ. Нетрудно видеть, что эти моменты воспринимаются механизмами синхронизации по соответствующим осям, при этом кривошипы механизмов синхронизации подвергаются воздействию изгиба, что и регистрируется тензодатчиками ТД ₁ и ТД₂.

Таким образом, моменты, передаваемые ИСЗ при развороте гироскопов, измеряются непосредственно, что позволяет технически простым средствами значительно уменьшить нелинейности и перекрестные связи устройства.

На фиг.2 приведен один из вариантов использования сигналов ТД₁ и ТД₂ в качестве отрицательной обратной связи, позволяющий снизить перекрестные связи каналов управления.

Здесь обозначены:

СГУ - силовое гироскопическое устройство с моментными характеристиками:

где f₁; f₂; f₃; f ₄; - нелинейные функции углов поворота (ЭП₁ и ЭП₂);

U₁ и U₂ - управляющие сигналы по двум осям;

ЭП₁ и ЭП₂ - электроприводы поворотов с одинаковыми передаточными функциями K₁W₁;

ТД₁ и ТД₂ - тензодатчики с коэффициентами усиления К₂;

и - угловые скорости разворота гироскопов по соответствующим осям подвеса;

М₁ и М₂ - моменты управления по этим же осям.

Нетрудно видеть, что в этом случае при выполнении условия K₁, K₂W₁ >> 1, выражения для моментов по осям 5 и 6 будут иметь вид:

что свидетельствует об автономности и линейности характеристик "момент-сигнал".

Формула изобретения

Силовой гиростабилизатор, преимущественно для искусственных спутников Земли, содержащий два гироскопа с кинематически связанными кардановыми подвесами, снабженными электроприводами поворота, отличающийся тем, что, с целью уменьшения веса и габаритов, кардановы подвесы с электроприводами их поворота размещены внутри роторов гироскопов.

РИСУНКИ