[发明专利]一种利用流速调节控制航天器姿态的方法及其执行机构

摘要

一种利用流速调节控制航天器姿态的方法及其执行机构，属航天器姿态控制领域。根据当前姿态与期望姿态的差值得到航天器所需的三轴控制力矩矢量根据动量矩定理得到与液体燃料流动的角速度变化的关系；根据环形管流体角动量交换设备工作原理，得到与液体燃料流动时沿管切向的速度矢量的变化率的关系；压力泵按照产生相应的所需要的条件控制压力泵的功率，对液体做功，使其流速改变，从而对航天器质心的角动量h改变，则航天器10的姿态改变；其改变后的姿态通过敏感器测量与期望姿态进行比较，重新回到步骤1。实现本发明方法的一种利用流速调节控制航天器姿态的执行机构包括：充液环形管、压力泵、贮油箱、阀门、出液连管、回液连管和控制机构。

主权项

1.一种利用流速调节控制星上姿态的方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤1、通过航天器的姿态敏感器得到航天器姿态参数后，根据当前姿态与期望姿态的差值通过PID控制方法得到航天器所需的三轴控制力矩矢量步骤2、依据动量矩定理，将不少于三个的本发明的执行机构安装在航天器上时，可知航天器与执行机构对航天器质心的总动量矩且Iw=JX000JY000JZ,]]>充液环形管中液体燃料流动的流速I_w表示执行机构的转动惯量，I表示航天器的总转动惯量，表示航天器的角速度。航天器所需的三轴控制力矩矢量依据动量矩定理又可知将星体执行机构的角动量H_C的变化率投影到航天器的X轴、Y轴、Z轴上，得到根据航天器对质心的动量矩关系，得到即通过上述关系，可以得到航天器所需的控制力矩矢量与充液环形管中液体燃料流动的角速度变化量的关系为即得到的变化率步骤3、根据切向速度与角速度的关系，得到充液环形管中液体燃料流动的角速度与充液环形管中液体燃料流动时沿管切向的速度矢量的关系：Ω_i＝τ_i·R。再根据可以得到与充液环形管中液体燃料流动时沿管切向的速度矢量的变化率的关系由此可得速度矢量的变化率步骤4、执行机构的安装原理、安装位置与传统的角动量控制执行机构相同。机构中的压力泵(2)根据所需变化率的要求，控制压力泵(2)的输出功率，对充液环形管(1)内的液体燃料做功，使其流速改变。充液环形管(1)内的液体燃料受到压力泵的作用，运动速度改变，对航天器质心的角动量H改变，则执行机构对航天器产生的控制力矩改变。步骤5、根据动量守恒定理，航天器受到执行机构对航天器产生的控制力矩的作用，姿态改变，其改变后的姿态通过敏感器测量与期望姿态进行比较，重新回到步骤1。通过不断地循环步骤1至5，并实时调整航天器所需要的姿态控制力矩，最终达到使航天器姿态与期望姿态重合的控制效果。