[发明专利]一种采用耗能弹簧与管球型结合的被动姿控天平动阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用耗能弹簧与管球型结合的被动姿控天平动阻尼器，是一种可以用做重力梯度稳定卫星的被动姿态控制阻尼器，属于航天器姿态控制领域。

背景技术

从20世纪80年代美国军方提出了现代小卫星的概念以来，现代微小卫星技术发展非常迅速，微小卫星是目前航天器发展的一个重要方向。现代微小卫星具有重量轻、性能好、研制周期短、造价低等优点。作为现代微小卫星关键部分，姿态控制系统需具有结构简单、质量轻、工作时间长和可靠性高的特点。被动姿态控制方式常常被选用。

根据国外航天器已付诸应用的被动姿控阻尼器的资料，常用的被动姿态控制阻尼器主要分为两种：一种是章动阻尼器，用来抑制或阻尼在星箭分离或其他时刻受到外力矩干扰而产生章动的自旋稳定卫星；一种是天平动阻尼器，其功能是消耗重力梯度卫星的天平动能量，以达到稳定卫星姿态、提高重力梯度稳定卫星对地指向精度的目的。典型的被动章动阻尼器主要有涡流阻尼器、黏性环阻尼器、摆式阻尼器和管-球型阻尼器，天平动阻尼器主要有磁滞棒阻尼器、耗能弹簧阻尼器、黏性流体球形阻尼器、管-球型阻尼器以及磁悬浮球套球阻尼器。

各种姿态控制阻尼器虽然结构简单，但是材料选取、制作工艺及安装精度要求很高，目前国外卫星应用较多。国外已研制成功多种被动姿态控制阻尼器，如：1958年先驱者1月球探测器采用了水银环阻尼器，这是美国应用于空间计划的第一个章动阻尼器；小型天文卫星(SAS)系列使用了摆式涡流阻尼器；诺斯罗普格鲁曼公司-空间技术中心发明了0.8mm-1.6mm直径铅粒的颗粒型阻尼器；ESRO-II和ESRO-IV以及HEOS-1和HEOS-2等卫星都曾用过管球型黏性液体阻尼器；亚利桑那大学卫星-1(asusat-1)采用了一种新型的重力梯度球型阻尼器。我国在被动姿控阻尼器方面使用较少，中国气象卫星FY-2采用了荷兰Urenco公司的黏性液体阻尼器，剩余章动角0.5分，中国科学试验卫星SJ-2和中国通信卫星DFH-2曾使用管球型被动姿控阻尼器。

本发明研制了一种采用耗能弹簧与管球型结合的天平动阻尼器。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用耗能弹簧与管球型结合的被动姿控天平动阻尼器，它是一种结构简单、安全可靠、质量轻、效果好，用于微小型重力梯度稳定卫星的姿控阻尼器。它既能克服传统管球型阻尼器不能有效耗散振动能量的缺点，又能克服耗能弹簧对微小角加速度不敏感的缺点。本发明不仅有效的降低了星箭分离初始阶段的角加速度，减小对星体系统的冲击，而且可最大限度地消耗卫星重力梯度稳定阶段天平动能量。

本发明的技术方案如下：见图1，本发明是一种采用耗能弹簧与管球型结合的被动姿控天平动阻尼器，该阻尼器可分为两个主要部分：星上固定部分和活动耗能部分。所述星上固定部分包括：强力磁铁、隔磁外壳；所述的隔磁外壳上设有耗能弹簧固支点；两块强力磁铁正负极正对固定在隔磁外壳上，使形成的磁场与黏性液体管垂直，小铁球位于垂直点处；隔磁外壳固定于星体上。

所述活动耗能部分包括：耗能弹簧、固支杆、内部重力梯度杆、黏性液体管及液体管固支架、小铁球；两耗能弹簧分别通过耗能弹簧固支点固定在隔磁外壳上；固支杆通过耗能弹簧连接在隔磁外壳进而连接在星体上，耗能弹簧可以为螺旋弹簧或扭簧；内部重力梯度杆垂直固定在固支杆上，两端用不同的配重球形成内部重力梯度稳定；黏性液体管通过液体管固支架与固支杆垂直固定，小铁球置于黏性液体管内。

该螺旋弹簧采用直径0.2-0.4mm的铍铜丝，螺旋外径为4-6mm。若采用扭簧需要用II类弹簧钢丝，直径0.1-.02mm，外径为4-6mm。

该固支杆为直径8-12mm的阶梯杆，长为60-80mm。

该内部重力梯度杆为直径12-20mm的阶梯杆，长80-120mm，两端固定有配重球。

该黏性液体采用二甲基硅油，【CAS号】63148-62-9，运动粘度100±10，可在-50℃～180℃正常工作。

该黏性液体管采用外径6-9mm塑胶管，中段为直管，两端设有伸缩螺纹用以热膨胀补偿。

该小铁球为外径5-8mm的小钢珠。

该强力磁铁采用航空航天常用的钐钴磁铁，具有较强的抗腐蚀性、抗氧化性和抗高低温性，外形为半径6mm，厚3mm的圆片。

该隔磁外壳采用2.5mm厚的80％的镍合金，内有电磁密封衬垫。