Электромеханический исполнительный орган системы ориентации и стабилизации космического аппарата

 

Изобретение относится к области оборудования космических аппаратов. Исполнительный орган содержит корпус, электродвигатель с маховиком, тахогенератор и блок управления прецессионным движением двигателя-маховика, связанный с датчиками моментов. Корпус выполнен сферической формы с тремя пересекающимися кольцевыми пазами. Двигатель-маховик установлен в корпусе посредством цапф. Датчики моментов установлены на цапфах. В местах пересечения пазов корпуса установлены фиксаторы, электрически связанные с блоком управления. Технический результат - уменьшение массы и габаритов. 5 ил.

Изобретение относится к усовершенствованию электромеханических исполнительных органов системы ориентации космических аппаратов (КА) с использованием двигателей-маховиков.

Двигатель-маховик является одним из основных элементов систем ориентации. С помощью его генерируются управляющие моменты для получения требуемой ориентации КА. Известные в настоящее время электромеханические исполнительные органы на основе двигателей--маховиков состоят из 3-х двигателей, установленных на жестком основании. Оси вращения их образуют ортогональную систему координат и совпадают с главными осевыми моментами инерции КА (см., например Раушенбах Б.В., Токарь Е.Н. Управление ориентацией космических аппаратов. Наука, 1974 г., Л.И.Каргу. Системы угловой стабилизации космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1973).

Все известные электромеханические исполнительные органы на основе двигателей-маховиков имеют общий недостаток: для использования в 3-хосной системе ориентации необходимо (при отсутствии дублирования) иметь 3 двигателя-маховика.

Целью предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанного недостатка. Указанная цель достигается за счет установки на корпусе двигателя-маховика электромеханического исполнительного органа датчиков момента, оси которых перпендикулярны оси вращения маховой массы, при этом двигатель-маховик помещен в сферический корпус с фиксаторами, расположенными по ортогональный осям корпуса электромеханического исполнительного органа, а двигатель-маховик установлен с возможностью перемещения и может располагаться по трем взаимно перпендикулярным направлениям.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 показан общий вид предлагаемого трехосного электромеханического исполнительного органа на базе одного двигателя-маховика;

- на фиг.2 показана конструкция двигателя-маховика;

- на фиг.3 показан вид А (конструкция дана без кожуха и маховика);

- на фиг.4 показана конструкция фиксаторов;

- на фиг.5 структурная схема электромеханического исполнительного органа.

Показанный на фиг.1 предлагаемый трехосный электромеханический исполнительный орган состоит из двигателя-маховика 1, сферического корпуса 2 и фиксаторов 3.

Конструкция двигателя-маховика (фиг.2) состоит из маховика 4, электродвигателя 5 и датчика момента 6.

Электродвигатель 5 состоит из корпуса 7, в котором расположены статоры электродвигателя 8 и тахогенератора 9. Пакет ротора электродвигателя 10 и пакет ротора тахогенератора 11 размещены на валу 12, установленном в корпусе 7, в подшипниках 13.

Маховик 4 жестко связан с валом 12 посредством посадки этого маховика на конусную часть вала с затяжной гайкой 14.

На цапфах 15 корпуса 7 установлены четыре датчика момента 6. Датчики момента 6 состоят из ротора 16 и статора 17. Ротор датчика момента установлен на подшипниках 18, статор закреплен неподвижно на цапфе 15.

Датчики момента 6 расположены симметрично относительно осей двигатели для обеспечения статической балансировки.

Конструкция двигателя-маховика закрыта герметичным кожухом 19. Цапфы 15 двигателя-маховика 1 входят в кольцевые пазы 25 корпуса 2 (см. сечение А-А, фиг.1), которые определяют направление прецессионного движения двигателя-маховика 1.

Сферический корпус 2 электромеханического исполнительного органа имеет три кольцевых паза 25 (фиг.1), оси которых образуют ортогональную систему координат, жестко связанную через посадочные плоскости корпуса электромеханического исполнительного устройства 26 и корпусом космического аппарата (не показан).

На корпусе 2 расположены три пары фиксаторов 3. Конструкция фиксатора (фиг.4) состоит из корпуса фиксатора 21, катушки 22, пружины 23, штока фиксатора 24 и контактной пары 27.

На структурной схеме электромеханического исполнительного органа, приведенной на фиг.5, показаны двигатель-маховик 1, датчики моментов 6, фиксатор 3, контактная пара 27 и блок управления БУ.

Цифровые обозначения, приведенные на структурной схеме, соответствуют цифровым обозначениям на фиг.1, 2, 3 и 4. Сплошной линией на чертеже показаны механические связи, штриховой линией - электрические связи.

Генерирование управляющего момента относительно оси вращения двигателя-маховика 1 осуществляется по общеизвестному принципу.

Трехосная ориентация обеспечивается за счет поочередной установки двигателя-маховика 1 в сферическом корпусе 2 по трем ортогональным положениям. В соответствии с прецессионной теорией при наличии момента в направлении, перпендикулярном оси вращения маховика, двигатель-маховик 1 займет новое положение

Наличие момента М в формуле (1) обеспечивается при подаче питания на датчики моментов, установленные на цапфы 15 корпуса двигателя-маховика 1.

При срабатывании фиксатора 3 двигатель-маховик 1 получает свободу углового перемещения и прецессирует в новое положение (на <90°), где происходит его фиксация как показано на фиг.4. Работа фиксаторов регламентируется контактными парами 27, один контакт которой установлен на двигателе-маховике №1, а другой крепится к корпусу.

Направление прецессионного движения двигателя-маховика определяется соответствующими командами логическо-преобразующего блока системы ориентации космического аппарата.

Питание двигателя-маховика 1 и датчика моментов 6 осуществляется через жгут 20 (см.фиг.2).

Работа исполнительного органа поясняется структурной схемой, приведенной на фиг.5.

По команде с блока управления (БУ) фиксатор 3 разарретирует двигатель-маховик (1), а датчик момента (6) создает момент, в результате чего в соответствии с формулой (1) разарретированный двигатель-маховик (1) начинает прецессировать по пазу сферического корпуса до замыкания контактной пары 27. При повороте двигателя-маховика на 90° срабатывают контактные пары 27 и электрический сигнал поступает на фиксаторы (3), которые сразу арретируют этот двигатель-маховик (1). При поступлении очередной команды процесс переориентации двигателя-маховика повторяется и он может занимать любое из трех положений, при этом конструкция корпуса с пазами не регламентирует порядок переориентации.

По мнению авторов в предлагаемом исполнительном органе оригинальным является:

1. Создание трехосной системы ориентации на базе одного двигателя-маховика, т.е. использование одного двигателя-маховика вместо трех и, как результат, сокращение массы и габаритов исполнительного органа не менее чем на 50%.

2. Отпадает необходимость во втором контуре разгрузочных реактивных двигателей, т.к. при насыщении двигателя-маховика (достижение максимальной угловой скорости) имеется возможность с помощью тех же датчиков моментов изменить направление вектора кинетического момента на противоположное.

3. Увеличение ресурса системы ориентации, который лимитируется объемом рабочего тела (газа, горючего) реактивных двигателей.

Формула изобретения

Электромеханический исполнительный орган системы ориентации и стабилизации космического аппарата, содержащий связанный с корпусом электродвигатель с установленным на его валу маковиком, тахогенератор и датчики моментов, связанные с блоком управления прецессионного движения двигателя-маховика, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов устройства путем обеспечения трехосной ориентации при помощи одного двигателя-маховика, в нем корпус выполнен сферической формы с тремя пересекающимися кольцевыми пазами, лежащими во взаимно перпендикулярных плоскостях, а двигатель-маховик установлен в корпусе посредством цапф, взаимодействующих с пазами корпуса, при этом датчики моментов установлены на цапфах с осью вращения, перпендикулярной оси вращения маховика, а исполнительный орган снабжен фиксаторами, установленными на корпусе в местах пересечения пазов и электрически связанными с блоком управления прецессионного движения двигателя-маховика.

РИСУНКИ