一种航天器流体环反作用执行机构的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种航天器流体环反作用执行机构，包括：安装基座，用于安装流体环及相应装置；流体环，用于产生角动量；电磁泵组件，主要由永磁铁或电磁铁及电极板对等组成，驱动流体环内液体以可控速度流动；填充液，采用导电液体材料，装置在流体环内，在电磁泵组件驱动下流动；屏蔽盒，罩在电磁泵外面，用以屏蔽电场和磁场，防止对外部器件干扰。本发明利用电磁泵驱动液体环产生角动量实现航天器的姿态控制，能够为航天器特别是微小型卫星的姿态控制提供多轴控制力矩，且无机械转动轴承部件，具有可靠性高、结构简单、能耗小的特点。
【专利说明】一种航天器流体环反作用执行机构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航天器姿态控制【技术领域】，具体地说，是一种用于航天器姿态控制系 统的航天器流体环反作用执行机构。
【背景技术】
[0002] 姿态控制执行机构是根据航天器姿态控制器给出的控制指令，产生控制力矩，改 变航天器姿态运动的装置。目前可用于航天器主动姿态控制的执行机构主要包括推力器、 动量轮或反作用轮等。推力器通过排出一定质量的气体产生控制力矩实现航天器姿态控 制，但航天器自身携带燃料有限，且推力器所固有的瞬时作用效果会引起挠性附件的振动， 影响航天器的控制精度。动量轮或反作用轮通过高速飞轮转动进行与航天器角动量的交 换，实现航天器的姿态控制，但其结构复杂，体积和重量较大，在高速转动下运动部件的非 均匀性会产生高频干扰，易磨损，可靠性和使用寿命受限。
【发明内容】
[0003] 本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种航天器流体环反作用执行机 构，该执行机构利用电磁泵驱动液体环产生角动量实现航天器的姿态控制，能够为航天器 特别是微小型卫星的姿态控制提供多轴控制力矩，具有机构体积小、重量轻、可靠性高、使 用寿命不受限、无机械转动部件的特点。
[0004] 为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
[0005] 一种航天器流体环反作用执行机构，包括以下部分：
[0006] 安装基座1，采用三正交面板及一斜装面板相配合的冗余安装方式，为航天器提供 三轴姿态控制；
[0007] 流体环2,为四个，并分别设置于三正交面板和斜装面板上，形成角动量产生装 置；
[0008] 填充液9,填充于液体环内，并通过电磁泵组件的驱动而流动；
[0009] 电磁泵组件4,产生用于驱动填充液流动的电场及磁场；
[0010] 屏蔽盒5,罩装住电磁泵组件的外部，用于屏蔽电场及磁场。
[0011] 优选地，所述流体环包括圆环形管路3,所述填充液储存于所述圆环形管路内。
[0012] 优选地，所述填充液9为粘滞性较小、导电率较高的离子导电液体或液态金属导 电液体。
[0013] 优选地，所述电磁泵组件4包括：磁装置6以及电极板，所述磁装置用于产生磁场， 所述电极板用于产生电场；所述磁场与电场之间相互垂直，且大小及方向可调节。
[0014] 优选地，所述电磁泵组件还设有流量计。
[0015] 优选地，所述磁装置6为U型永磁铁或电磁铁。
[0016] 优选地，所述屏蔽盒5采用高导电、高导磁的良导体材料。
[0017] 本发明提供的航天器流体环反作用执行机构，其工作原理是：在相互垂直的电场 和磁场同时作用下，导电液体物质中的离子或粒子会受到洛伦兹力，在洛伦兹力驱动下液 体流动。液体在圆环形管路中流动时产生角动量，根据角动量守恒，流体环与航天器进行角 动量交换。通过改变电场和磁场的大小和方向，可使液体在圆环形管路内以不同的流速和 方向流动，进而实现航天器的姿态控制。
[0018] 与现有技术相比，本发明具有如下有意效果：
[0019] (1)与推力器相比，本发明不消耗燃料，使用寿命长，经济效益好，且瞬时作用也不 会引起挠性附件振动，控制精度高。
[0020] (2)与动量轮或反作用轮相比，本发明无高速转动机械部件，故机械噪声很低，可 靠性高，结构简单，且不会产生高频干扰。
[0021] (3)本发明中流体环采用三正交加一斜装的安装方式，增加了控制系统冗余度。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0023] 图1是本发明航天器流体环反作用执行机构装配示意图；
[0024] 图2是本发明中流体环结构示意图；
[0025] 图3是本发明中电磁泵组件剖面示意图；
[0026] 图4是本发明中电磁泵组件工作原理示意图；
[0027] 图中：1为安装基座，2为安装基座，3为圆环形管路，4为电磁泵组件，5为屏蔽盒， 6为磁装置，7为电极板a，8为电极板b，9为填充液。
【具体实施方式】
[0028] 下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。
[0029] 本实施例提供了一种航天器流体环反作用执行机构，包括以下部分：
[0030] 安装基座1，采用三正交面板及一斜装面板相配合的冗余安装方式，为航天器提供 三轴姿态控制；
[0031] 流体环2,为四个，并分别设置于三正交面板和斜装面板上，形成角动量产生装 置；
[0032] 填充液9,填充于液体环内，并通过电磁泵组件的驱动而流动；
[0033] 电磁泵组件4,产生用于驱动填充液流动的电场及磁场；
[0034] 屏蔽盒5,罩装住电磁泵组件的外部，用于屏蔽电场及磁场。
[0035] 进一步地，所述流体环包括圆环形管路3,所述填充液储存于所述圆环形管路内。
[0036] 进一步地，所述填充液9为粘滞性较小、导电率较高的离子导电液体或液态金属 导电液体。
[0037] 进一步地，所述电磁泵组件4包括：磁装置6以及电极板，所述磁装置用于产生磁 场，所述电极板用于产生电场；所述磁场与电场之间相互垂直，且大小及方向可调节。
[0038] 进一步地，所述电磁泵组件还设有流量计。
[0039]进一步地，所述磁装置6为U型永磁铁或电磁铁。
[0040] 进一步地，所述屏蔽盒5采用高导电、高导磁的良导体材料。
[0041] 具体为：
[0042] 安装基座采用三正交面板加一斜装面板的冗余安装方式，为航天器提供三轴姿态 控制；四个流体环分别位于三正交面板和斜装面板上，是角动量产生装置，主要由环形管路 组成，其内储有填充液；填充液为粘滞性较小、导电率较高的离子液体或液态金属等导电液 体物质，能够被电磁泵组件驱动；电磁泵组件主要由磁装置和电极板对组成，能够产生磁场 和电场从而驱动填充液（导电液体）流动；磁装置为U型永磁铁或电磁铁，电极板对包括电 极板a和电极板b;屏蔽盒罩在电磁泵组件外，用于屏蔽电场和磁场福射。
[0043] 下面结合附图对本实施例作进一步描述。
[0044] 图1是本发明航天器流体环反作用执行机构装配示意图。在图1中，该执行机构 用于实现航天器三轴姿态控制。
[0045] 如图1所示，本实施例主要包括以下部分：安装基座1 ;流体环2 ;电磁泵组件4 ;屏 蔽盒5 ;填充液9。
[0046] 安装基座1用于为流体环提供装配基准面，本实施例中四个流体环采用三正交加 一斜装安装方式，其坐标系与航天器本体系重合，从而实现航天器三轴姿态控制。
[0047] 如图2所示，其是流体环结构示意图。流体环2主要由圆环形管路3组成，圆环形 管路3内储有填充液9。填充液9为粘滞性较小、导电率较高的离子液体或液态金属等导电 液体物质。填充液9(导电液体）在电磁泵组件4的驱动下流动，产生角动量。根据动量守 恒定理，流体环角动量与航天器角动量交换，通过改变液体流动速度，实现航天器角动量的 改变，即执行机构对航天器产生的控制力矩发生变化。
[0048] 如图3所示，其是电磁泵组件剖面示意图。电磁泵组件4主要由磁装置6、电极板 对组成，电磁板对包括电磁板a和电磁板b，能够产生相互垂直且大小和方向可变磁场和电 场从而驱动导电液体流动。磁装置6为U型永磁铁或电磁铁，用来产生均匀分布且方向与 电场方向垂直的磁场。电极板对7和8用来产生大小和方向可变的均勾电场。屏蔽盒5罩 在电磁泵4外，用于屏蔽电场和磁场辐射，防止其干扰外部电子器件。
[0049]如图4所示，其是电磁泵组件的工作原理示意图。其工作原理为：导电液体中含有 自由的带电粒子，具备导电性。当加入电场后导电液体中的载流子会产生定向运动，若受到 与电场方向垂直的磁场作用，就会产生洛伦兹力，其是液体流动的源动力。在电场/磁场作 用下的宽为《、高为K长为1矩形域内，导电液体受到的总洛伦兹力为：
[0050] Fl=EXB〇whl
[0051] 其中E为电场强度，B为磁场强度，σ为液体电导率。
[0052]设流体环沿轴向ζ的转动惯量为Iz，惯量/质量比为/__，则：
[0053]
【权利要求】
1. 一种航天器流体环反作用执行机构，其特征在于，包括以下部分： 安装基座（1)，采用三正交面板及一斜装面板相配合的冗余安装方式，为航天器提供三 轴姿态控制； 流体环（2)，为四个，并分别设置于三正交面板和斜装面板上，形成角动量产生装置； 填充液（9)，填充于液体环内，并通过电磁泵组件的驱动而流动； 电磁泵组件（4)，产生用于驱动填充液流动的电场及磁场； 屏蔽盒（5)，罩装住电磁泵组件的外部，用于屏蔽电场及磁场。
2. 根据权利要求1所述的航天器流体环反作用执行机构，其特征在于，所述流体环包 括圆环形管路（3)，所述填充液储存于所述圆环形管路内。
3. 根据权利要求1所述的航天器流体环反作用执行机构，其特征在于，所述填充液（9) 为粘滞性较小、导电率较高的离子导电液体或液态金属导电液体。
4. 根据权利要求1所述的航天器流体环反作用执行机构，其特征在于，所述电磁泵组 件（4)包括：磁装置（6)以及电极板对，所述磁装置用于产生磁场，所述电极板对用于产生 电场；所述磁场与电场之间相互垂直，且大小及方向可调节。
5. 根据权利要求7所述的航天器流体环反作用执行机构，其特征在于，所述电磁泵组 件还设有流量计。
6. 根据权利要求4所述的航天器流体环反作用执行机构，其特征在于，所述磁装置（6) 为U型永磁铁或电磁铁。
7. 根据权利要求1所述的航天器流体环反作用执行机构，其特征在于，所述屏蔽盒（5) 采用高导电、高导磁的良导体材料。
【文档编号】G05D1/08GK104483972SQ201410608495
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】刘超镇, 卢山, 孙玥, 刘宗明, 谭天乐 申请人:上海新跃仪表厂