Устройство линейного электромагнитного движителя с разомкнутыми магнитопроводами

 

Изобретение относится к системам управления искусственными спутниками Земли с использованием магнитного поля Земли. Устройство содержит три последовательно соединенные обмотки. Торцевые части обмоток размещены в одной плоскости и окружены ферромагнитным экраном с возможностью создания при протекании по ним постоянного тока внешней линейной силы, направленной вдоль направления полета. Имеются четыре разомкнутых магнитопровода, выполненные в форме равнобокой трапеции без большого основания из тонких полос ферромагнитного материала, составленные из разделенных зазорами полосок, являющихся концентраторами вертикальной составляющей магнитного поля Земли. Одна из обмоток закреплена на вертикальных частях первой по направлению полета спутника пары магнитопроводов, а две другие обмотки - на вертикальных частях второй пары магнитопроводов с возможностью взаимодействия тока в рабочих частях обмоток, расположенных в зазорах вертикальных частей магнитопроводов, с концентрированной вертикальной составляющей магнитного поля Земли. 1 ил.

Изобретение оносится к системам управления искусственными спутниками Земли (ИСЗ) с использованием магнитного поля Земли B 64 G 1/32.

В статье "Field directed propulsion"/Spenny C.H. и др., AIAA Pap., 1994, N 2794-C, 1-9/ описано устройство, состоящее из витка с током, частично экранированного материалом с высокой магнитной проницаемостью, создающее внешнюю силу за счет взаимодействия с геомагнитным полем.

Сущность изобретения Назначение линейного электромагнитного движителя с разомкнутыми магнитопроводами - (ЛЭМД-РМ).

ЛЭМД-РМ предназначен для установки на ИСЗ, ориентируемом в орбитальной системе координат и выводимом на полярную или наклонную орбиту с высотой до 2500- 3000 км для создания линейной силы (тяги) вдоль направления полета за счет взаимодействия тока в рабочих обмотках движителя с вертикальной составляющей магнитного поля Земли (МПЗ).

Описание конструкции движителя Движитель состоит из четырех разомкнутых магнитопроводов, выполненных в форме равнобоких трапеций без большего основания из широких тонких полос магнитомягкого ферромагнитного материала, составленных на всем своем протяжении из полосок, разделенных узкими зазорами, являющихся концентраторами вертикальной составляющей МПЗ.

Магнитопроводы располагаются на ИСЗ попарно в параллельных плоскостях, перпендикулярных направлению полета (НП) ИСЗ с примкнутыми друг к другу основаниями, размещаемыми в плоскости орбиты ИСЗ (будем называть их в дальнейшем вертикальными сторонами). Боковые стороны трапеций в каждой паре магнитопроводов направлены в противоположные стороны (их будем называть в дальнейшем наклонными).

На чертеже показан линейный электромагнитный движитель с разомкнутыми магнитопроводами, общий вид.

Магнитопроводы первой пары магнитопроводов (см. чертеж, поз. 1 и 2) расположены впереди по направлению полета ИСЗ, а второй пары (см. чертеж, поз. 3 и 4) - сзади.

На вертикальных сторонах магнитопроводов размещены три последовательно соединенные рабочие обмотки движителя из изолированного медного провода, одна обмотка 01 на первой, по направлению полета ИСЗ, паре магнитопровода и две другие 02 и 03 на второй, по направлению полета ИСЗ, паре магнитопроводов. Рабочие стороны прямоугольных витков обмоток размещены в зазорах между полосками магнитопроводов, а торцевые стороны всех рабочих обмоток размещены в одной плоскости вне магнитопроводов и окружены кольцевым ферромагнитным экраном (поз. 8), располагаемым в плоскости, перпендикулярной направлению полета.

Описание принципа работы движителя При движении ИСЗ по полярным или наклонным орбитам в той паре магнитопроводов, по вертикальным сторонам которых магнитный поток рассеяния от токов, текущих в боковых сторонах рабочих обмоток, совпадает с направлением вертикальной составляющей магнитного поля Земли, весь магнитный поток МПЗ, пересекаемый боковыми сторонами магнитопроводов, проходит по вертикальным сторонам магнитопроводов.

При этом индукция магнитного поля Земли в вертикальных сторонах магнитопроводов будет в раз больше вертикальной составляющей МПЗ в окружающем пространстве - (Bc.), где L - величина захвата МПЗ (см. чертеж); δ_м - толщина листов магнитопровода.

При этом является коэффициентом концентрации вертикальной составляющей МПЗ.

Взаимодействие токов в рабочих частях витков рабочих обмоток с концентрированной вертикальной составляющей МПЗ одной из пар магнитопроводов создает внешнюю линейную силу. Торцевые стороны рабочих витков обмоток находятся вне магнитопроводов, внутри кольцевого ферромагнитного экрана и потому никакой силы не создают.

Сила, развиваемая движителем, равна F = 2•B_к•I_p•W•δ_м где I_p - ток в рабочих обмотках; W - число витков рабочей обмотки 01.

При положительном направлении тока (+ I_p) силу в направлении полета будут развивать только рабочие стороны обмотки 01. Сила +F будет действовать в направлении полета и ускорять ИСЗ.

При противоположном направлении тока в обмотках (-I_p) силу будут развивать рабочие стороны обмоток 02 и 03. Сила -F будет действовать в направлении, противоположном направлению полета ИСЗ, и тормозить ИСЗ.

Конструкция ЛЭМД-РМ, описанная выше, не содержит ничего, кроме магнитопроводов из листового ферромагнитного материала и обмоток из изолированного медного провода. Указанная конструкция может быть выполнена на любом электромашиностроительном заводе.

Формула изобретения

Устройство линейного электромагнитного движителя, предназначенного для установки на искусственном спутнике Земли, ориентируемом в орбитальной системе координат и выводимом на полярную или наклонную орбиту с высотой до 2500-3000 км, содержащее три последовательно соединенные и выполненные из изолированного медного провода рабочие обмотки, торцевые части которых размещены в одной плоскости и окружены кольцевым ферромагнитным экраном с возможностью создания при протекании по ним постоянного тока внешней линейной силы, направленной вдоль направления полета спутника и имеющей знак, определяемый направлением тока, отличающееся тем, что в него введены четыре разомкнутых магнитопровода, выполненные в форме равнобокой трапеции без большего основания из широких тонких полос ферромагнитного материала, составленные на всем протяжении из разделенных узкими зазорами полосок, являющихся концентраторами вертикальной составляющей магнитного поля Земли, при этом упомянутые полоски расположены попарно с примкнутыми основаниями в параллельных плоскостях, перпендикулярных направлению полета спутника, одна из рабочих обмоток закреплена на вертикальных частях первой по направлению полета спутника пары магнитопроводов, а две другие рабочие обмотки - на вертикальных частях второй пары магнитопроводов с возможностью взаимодействия тока в рабочих частях обмоток, расположенных в зазорах вертикальных частей магнитопроводов, с концентрированной вертикальной составляющей магнитного поля Земли.

РИСУНКИ

Рисунок 1