一种多维度旋转轴连接装置的制作方法

本发明涉及低空低速飞行器的姿态控制领域，具体是一种多维度旋转轴连接装置。

背景技术：

姿态控制是飞行器控制系统的重要部分。飞行器包括飞机、导弹、卫星、飞艇等空间人造机器。常用的姿态控制方法包括空气动力学控制、推力矢量控制、喷气反作用控制、飞轮控制、磁力矩器控制、变质心控制。其原理及适用范围分别如下：1、空气动力学控制：空气动力通过分解为升力、侧力和阻力，气动力矩可以分解为影响飞行器姿态的滚动力矩、偏航力矩和俯仰力矩。适用于底层大气，对于低速低动压的条件不能实现姿态控制。一般应用于飞机、导弹；2、推力矢量控制：通过改变发动机气流方向来控制飞行器的飞行。主要应用于战斗机、导弹；3、喷气反作用控制：飞行器本身利用自身携带的气源，经喷气发动机向飞行器体外喷射出去，产生反作用力与反作用力矩，从而控制飞行器姿态的一种控制方法。适用于低速和高空低动压条件下的飞行器。主要应用于卫星、航天飞机等宇宙空间飞行器；4、飞轮控制：飞轮是指具有大惯量的轮体，当其旋转运动时被加速或减速时，产生反作用控制力矩。飞轮可以正反两向旋转，转速在零附近的惯量性轮时反作用轮，又称零动量轮。动量轮不仅能产生控制力矩，而且其角动量可以使转轴在惯性空间保持稳定。是应用于卫星上的一种成熟控制技术；5、磁力矩器控制：主要应用于卫星姿态控制。磁力矩器是一个线圈，通电时产生磁偶极矩，与地磁场作用产生力矩；6、变质心控制：变质心控制通过变质量的分布与质量距控制。

飞轮控制也称为动量轮控制。现有的飞轮控制主要应用于卫星等宇宙空间飞行器，由于宇宙空间飞行器处于微重力的环境，所以其只需关心质心的几何关系而不用关注中心的几何关系。也因此，现有的飞轮式姿态控制主要是通过单独在三轴方向上安装三个飞轮来实现三轴的角动量控制。单独的飞轮安装方式不存在旋转轴实体在中心的相交问题。

但是对于低空低速飞行器，其质心与重心的几何关系对飞行器的姿态控制亦非常重要，需要设计为重心与质心重合在飞行器的几何中心，以实现飞行器的姿态控制。这就需要采用三轴对称动量轮控制，具体而言，需要在偏航轴、滚动轴、俯仰轴均配置两个动量轮，每个轴均过所述质心且每个轴上的两个动量轮均相对所述质心对称，但是这样会使偏航轴、滚动轴、俯仰轴在所述质心处相交，即存在三轴实体交叉问题，影响了三轴飞轮的一体化设计。

本申请中所述的三轴指偏航轴、滚动轴和俯仰轴。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多维度旋转轴连接装置，以解决三轴对称动量轮控制存在的上述问题。

为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多维度旋转轴连接装置，应用于低空低速飞行器的姿态控制机构，其包括：

支架；

安装于所述支架、用于连接两个偏航轴的第一连接机构；

安装于所述支架、用于连接两个滚动轴的第二连接机构；

安装于所述支架、用于连接两个俯仰轴的第三连接机构；

所述连接机构包括：位于被连接的两个轴之间、与被连接轴的延长线平行、且配置在被连接轴的轴线对称偏置后的位置的两个传动轴，以及配置在所述传动轴和被连接轴之间用于传递角动量的动量传递机构。

优选地，所述动量传递机构为齿轮组。

优选地，所述齿轮组包括两个传动齿轮和一个承动齿轮，两个所述传动齿轮安装在两个所述传动轴，所述承动齿轮用于连接被连接轴，所述承动齿轮分别与两个所述传动齿轮啮合。

优选地，所述支架为正六面体结构的壳体，所述承动齿轮位于所述壳体端部中心位置，所述壳体端部中心处设置有传动外接口。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明通过对原中心传动轴对称偏置并引入动量传递机构，有效解决了三轴对称动量轮控制存在的三轴实体交叉问题，实现了三轴过质心的无干扰旋转连接，且不改变重心的对称特性，可以实现三轴一体化动量控制。

附图说明

图1为多维度旋转轴连接装置典型实施例的结构示意图；

图2为第一连接机构、第二连接机构或第三连接机构的结构示意图；

图3-5为多维度旋转轴连接装置在三轴坐标平面的投影示意图；

附图标记：1、支架；2、第一连接机构；3、第二连接机构；4、第三连接机构；5、传动外接口；6、被连接轴；7、动量传递机构；71、传动齿轮；72、承动齿轮；8、传动轴；9、被连接轴的轴线(被连接轴的延长线)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本发明旨在解决低空低速飞行器的姿态控制机构中存在的三轴实体交叉问题，为此提供了多维度旋转轴连接装置。

请参照图1，本多维度旋转轴连接装置包括：支架1；安装于所述支架1、用于连接两个偏航轴的第一连接机构2；安装于所述支架1、用于连接两个滚动轴的第二连接机构3；安装于所述支架1、用于连接两个俯仰轴的第三连接机构4。

第一连接机构2、第二连接机构3和第三连接机构4的构造完全相同。图2中示出了该连接机构的构造。

如图2所示，该连接机构包括：位于两个被连接轴6之间、与被连接轴6的延长线平行、且配置在被连接轴6的轴线对称偏置后的位置的两个传动轴8，以及配置在所述传动轴8和被连接轴6之间用于传递角动量的动量传递机构7。本实施例中，动量传递机构7具体采用了齿轮组，齿轮组具体包括两个传动齿轮71和一个承动齿轮72，两个所述传动齿轮71安装在两个所述传动轴8，所述承动齿轮72用于连接被连接轴6，所述承动齿轮72分别与两个所述传动齿轮71啮合。

应用时，在图2中两个被连接轴6分别安装动量轮。当图2中左端的被连接轴6转动时，带动左端的承动齿轮72转动，左端的两个传动齿轮71将承动齿轮72的角动量传递到两个传动轴8，进而依次通过传动轴8和右端的两个传动齿轮71传递至右端的承动齿轮72，最后传递给右端的被连接轴6，从而在两个被连接轴6之间传递角动量，使得两个被连接轴6上的动量轮同步转动。

上述连接机构通过对称偏置的两个传动轴8和动量传递机构7，避免了传动轴8经过几何中心，而且不改变重心的对称特性。

图3-5分别示出了多维度旋转轴连接装置在三轴坐标平面的投影。

结合图1-图5，可以看出，所有传动轴8在空间上相互错开、互不干涉，而且所有被连接轴6的轴线均经过支架1的质心。本多维度旋转轴连接装置实现了三轴过质心的无干扰旋转连接，且不改变重心的对称特性，可以实现三轴一体化动量控制。

再次参照图1，本实施例中支架1具体采用正六面体结构的壳体。图1中为了显示内部的结构，仅示出了壳体的三个端部。采用正六面体结构的壳体作为支架1，一方面便于将第一连接机构2、第二连接机构3和第三连接机构4隐藏在壳体内，另一方面便于第一连接机构2、第二连接机构3和第三连接机构4的安装，此外由于正六面体结构的质心规则，便于安装时与飞行器进行质心对准。

所述承动齿轮72位于所述壳体端部中心位置，所述壳体端部中心处设置有传动外接口5，通过外传动接口5可以方便地将被连接轴6和对应的承动齿轮72连接。

上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。