[发明专利]气囊型飞轮锁紧和解锁装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞轮锁紧和解锁装置，尤其是涉及一种用于磁悬浮轴承的飞轮的气囊型锁紧和解锁装置，该装置对磁悬浮飞轮的轮体进行锁紧和解锁。

背景技术

磁悬浮飞轮是一种新型的航天飞行器姿态控制系统执行机构，与机械轴承支承的飞轮相比，在控制精度、稳定性和使用寿命等方面具有明显优势，是高精度对地观测卫星姿态控制的理想执行机构。

由于磁悬浮飞轮采用磁轴承技术，定子和转子之间存在间隙，航天飞行器在发射过程中将产生剧烈振动和冲击，飞轮系统存在较大的振动载荷，为了防止飞轮系统的损坏，必须采用额外的锁紧装置对其进行保护。飞轮锁紧(和解锁)装置是磁悬浮飞轮的一种保护装置，可以对磁悬浮飞轮转子进行锁紧和解锁，使磁悬浮飞轮系统不工作时处于锁紧状态，正常工作时处于解锁状态。磁悬浮飞轮在运输、储存及调试中需要对磁悬浮飞轮进行锁紧和解锁。另外，航天飞行器在空间进行变轨道工作，有时也需要对磁悬浮飞轮锁紧和解锁。

例如，在火箭发射过程中，可以通过飞轮锁紧和解锁装置对飞轮轮体进行相对固定，使飞轮轮体在剧烈振动、冲击等力学环境中避免损伤，保护飞轮轮体在运载发射过程中不受振动和冲击损害。在航天飞行器入轨后，通过该飞轮锁和紧解锁装置对飞轮轮体进行解锁，使之回到能够自由悬浮的状态，开始正常工作。

由于锁紧和解锁装置是一个装在飞轮内部的可动作部件，因此设计一个功耗低、质量小、对其他器件干扰少的锁紧和解锁装置是磁悬浮飞轮研究的关键技术之一。该锁紧和解锁装置在卫星发射过程中能可靠地锁紧飞轮转子，在发射完成进入轨道后又能可靠地解锁，使飞轮的工作不受锁紧和解锁装置的影响。

为了解决磁悬浮飞轮的有效锁紧和可靠释放问题，人们采用了多种锁紧和解锁装置，如火工品式锁紧和解锁装置、电机式锁紧和解锁装置、电磁式锁紧和解锁装置、气动式锁紧和解锁装置等。对于火工品式锁紧和解锁装置而言，其锁紧和解锁的可靠性高，但只能一次性使用，因此会增加磁悬浮飞轮地面测试的复杂度和成本，同时也会带来冲击和污染等问题，例如，火工品式锁紧和解锁装置为保证可靠分离，分离力一般要求为连接力的1.2倍以上，因而会产生分离冲击，而同时火工品式锁紧和解锁装置在锁紧和解锁过程中因爆炸所产生的火药燃气会带来污染问题；对于电机式锁紧和解锁装置，一般采用齿轮传动副与螺母螺栓传动副的方式，由于存在多种活动部件，在质量和可靠性方面有一定的局限性；对于电磁锁紧和解锁装置而言，其结构较为复杂，产生电磁锁紧和解锁力的功耗高，而且容易对磁悬浮飞轮本身的电磁环境造成干扰；对于现有的气动式锁紧和解锁装置而言，存在着结构复杂、轮体容易粘连等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的缺陷，为磁悬浮飞轮提供一种结构简单紧凑、成本低、功耗和质量小、可靠性高的气囊型飞轮锁紧和解锁装置。使用该气囊型飞轮锁紧解锁装置还能够实现其他基于无接触型轴承的旋转轮体的锁紧和解锁功能。

本发明的技术解决方案是：一种气囊型飞轮锁紧和解锁装置，用于对飞轮转子进行锁紧和解锁，其中飞轮转子通过磁力悬浮在该飞轮定子外侧并与该飞轮定子无接触；该气囊型飞轮锁紧和解锁装置包括：外壳，设置在该飞轮转子外侧；气囊，位于该外壳内并被设置在该飞轮转子外侧；以及外部气路组件，位于该外壳的外部并穿过该外壳与该气囊的内腔连接，其中当将该飞轮转子锁紧时，通过该外部气路组件给该气囊的内腔充气，使得该气囊呈膨胀状态，并抵紧该外壳的内壁和该飞轮转子的外侧部；以及当将该飞轮转子解锁时，通过该外部气路组件给该气囊的内腔放气，使得该气囊呈收缩状态，在该飞轮转子与该外壳之间形成间隙。

根据本发明的实施例，该气囊的外侧外壁被固定在该外壳的内壁上；在收缩状态下，所述气囊的内腔的截面形状为凹形，且其凹进部位于该气囊的与该飞轮转子相对的内侧外壁上；以及在膨胀状态下，所述气囊的内腔的截面形状为凸形，且其凸出部位于该气囊的与该飞轮转子相对的内侧外壁上。

根据本发明的实施例，在该飞轮转子的与该气囊相对的外壁上设置有凸台，以利于该气囊在充气膨胀后的锁紧。

根据本发明的实施例，该外部气路组件包括：进出气嘴，设置在该气囊的外侧并与该气囊的内腔连通；进出气管，与该进出气嘴连通；电磁阀，与该进出气管连接，通过开关该电磁阀来控制该进出气管中的进气或出气；以及进出气口，通过该电磁阀与进出气管连接，并根据所述充气或放气操作而分别连接至高压气源或外界。