АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 8
1.1 Обзор литературных источников 8
1.2 Принципы построения систем ориентации 8
1.3 Способы создания управляющего воздействия 9
1.4 Двигатель-маховик. Режимы работы 11
1.5 Отечественные разработки и реализации 14
Выводы по главе один 19
2 СИСТЕМЫ КООРДИНАТ И ПАРАМЕТРЫ ДВИЖЕНИЯ 20
2.1 Системы координат 20
2.2 Уравнения движения тела в связанной системе координат 23
2.3 Уравнения движения космического аппарата в полусвязанной системе
координат 27
2.4 Режим угловой стабилизации 29
2.5 Режим разгрузки маховиков 32
2.6 Моделирование системы ориентации с двигателем-маховиком 34
Выводы по главе два 39
3 РАЗРАБОТКА ГИРОМАХОВИКА 40
3.1 Общие требования к конструкции гиромаховика 40
3.2 Схемы конструкций гиромаховика 42
3.3 Конструкционные материалы 45
3.4 Подшипники гиромаховика. Выбор подшипников 46
3.5 Моменты трения, действующие на гиромаховик 49
Выводы по главе три 50
4 ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ МАХОВИКА 51
4.1 Электродвигатель постоянного тока 51
4.2 Электродвигатель переменного тока 54
4.3 Вентильный двигатель 55
Выводы по главе четыре 59
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 61
При решении многих задач полёта космического аппарата, возникает проблема ориентации и угловой стабилизации. К примеру, космическому аппарату необходимо поворачиваться, для обеспечения достаточной интенсивности солнечного излучения на солнечные панели, а для выполнения программы торможения, направлять сопла в заданном направлении, которое, в дальнейшем нужно удерживать. Необходимо различать понятия ориентации, как процесса совмещения системы координат, связанной с летательным аппаратом с заданной, и стабилизации - динамики устранения всевозможных отклонений от, уже выставленной системы координат. Управление ориентацией космического аппарата чаще всего является главным режимом управления его движением.
Чтобы удерживать космический аппарат ориентированным заданным образом необходимо прикладывать к нему моменты нужной величины и знака. Решением задач управления ориентацией космического аппарата занимаются системы угловой стабилизации, которые разделяются на пассивные, активные и
комбинированные.
Для обеспечения высокой точности ориентирования спутников желательно использовать активные системы.
Целью выпускной работы является разработка исполнительного органа, предназначенного для системы угловой ориентации и стабилизации космического аппарата.
В соответствии с целью работы, необходимо выполнить задачи:
- изучить принципы построения систем ориентации и способы из реализации;
- провести анализ уже созданных решений;
- рассмотреть режимы работы двигателя-маховика;
- построить математическую модель системы ориентации;
- выбрать конструкцию, конструкционные материалы и разработать двигатель- маховик;
- подобрать электродвигатель для гиромаховика.
Относительная простота конструкции системы ориентации с двигателями- маховиками позволяет создавать космические аппараты способные точно и быстро ориентироваться в пространстве без использования топлива. Однако такие системы имеют недостаток - режим насыщения.
Знакомство с уже имеющимися исполнительными органами позволило сделать оценку примерных габаритов и мощности электродвигателя. На каждые 60 кг. массы космического аппарата приходится примерно 10 Вт мощности электродвигателя.
Рассмотрев влияние постоянных и периодических внешних моментов, было выявлено, что периодический момент, не представляет опасности для гиромаховика. Чаще всего космический аппарат движется по орбите, а значит и силы, действующие на него периодические.
Для решения задачи влияния постоянных моментов была построена математическая модель системы с одним исполнительным органом. При постоянном внешнем моменте Ме=3-10-3Н-м, время до насыщения составило 3834 часа, это значит, что из-за конструкции электродвигателя примерно раз в 160 дней космический аппарат будет вынужден разгружать маховик при помощи реактивных двигателей.
Из предложенных конструктивных схем была выбрана вакуумированная схема одностаторного гиромаховика. Несмотря на ряд отрицательных качеств латуни, именно она лучше всего подходит для изготовления маховика. Крышку необходимо изготовить из алюминиевого сплава АМг6, а маховик из оловянно - фосфористой бронзы марки БрОФ 6,5-0,15, те же материалы для вращающихся частей, т.е. крышек и маховика. Для радиального однорядного шарикоподшипника 1000095 - хромистая сталь ШХ15. Момент трения пары подшипников равен 8,42-10-6 Н-м.
Выбор электродвигателя пал на вентильный бесколлекторный двигатель, так как он имеет более высокий КПД, а скорость вращения ротора легко регулируется.
Подобраны размеры электродвигателя: L = 0,7 • d = 32 мм.; L2 = 26 мм.;
dm /d ~ 0,2 - 0,3; d = 38 мм.; l = 18,7 мм.
По моему мнению, развитие двигателей-маховиков упирается в возможности электродвигателей, развитие которых, в последние время, существенно выросло. Так, например, электродвигатель торговой маркой HELV Motors, особенностью которого является его сферическая форма, предотвращающая рассеивание магнитного поля. Благодаря этому двигатель имеет высокий КПД.
