Патент на изобретение №2308003

(54) БЕЗЫНЕРЦИОННЫЙ СИЛОВОЙ ГИРОСКОП

(57) Реферат:

Изобретение относится к электромеханическим исполнительным органам управления угловым положением космических летательных аппаратов (КА) и может быть использовано для создания систем опор в невесомости при проведении разворотов и фиксации КА. Гироскоп содержит два или три гироскопических элемента в герметичном корпусе с гелиевым наполнением, оси вращения которых взаимно перпендикулярны, электроприводы поворота гироскопических элементов и блок управления. Гироскопические элементы выполнены в виде двух маховиков – якорей электромотора, расположенных на одной оси вращения, концентрично один в другом, каждый из которых имеет элемент кольцеобразной формы с прямоугольным сечением, жестко соединенный с несущими конусообразными элементами для фиксации на оси вращения, расположенными с двух сторон от него. Силовые электрические обмотки электропривода расположены на элементах кольцеобразной формы, входы обмоток соединены с контактными кольцами, а выходы – с соответствующими ламелями коллектора, при этом между коллекторами маховиков-якорей расположены ролики для обеспечения электрического контакта, каждый из маховиков-якорей содержит тормозные барабаны, расположенные на разных несущих элементах. Корпус каждого гироскопического элемента имеет форму чечевицы. Техническим результатом является упрощение за счет автоматической компенсации паразитных отклонений моментов прецессии. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к электромеханическим исполнительным органам управления угловым положением космических летательных аппаратов (КА) и может быть использовано для создания систем опор в невесомости при проведении разворотов и фиксации КА.

Известны силовые гироскопические устройства на основе спаренных синхронизированных гироскопов (см. авторские свидетельства №№1839791 МПК G01C 19/00 и 1839792 МПК G01C 21/18).

Однако система управления такими устройствами является сложной. Кроме того, постоянно включенные силовые элементы требуют больших затрат электроэнергии и снижают срок работы.

Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство для силовой гироскопической стабилизации, содержащее двухстепенные гироскопы в трехстепенном подвесе гиростабилизатора с приводами по осям подвеса и преобразователь координат. Два гироскопа установлены на одноосной платформе с приводом, при этом ось вращения платформы параллельна векторам кинетических моментов гироскопов.

Недостатками являются большой вес и сложность управления.

Задачей является упрощение за счет автоматической компенсации паразитных отклонений моментов прецессии.

Поставленная задача решается тем, что в безынерционном силовом гироскопе, содержащем два или три гироскопических элемента в герметичном корпусе с гелиевым наполнением, оси вращения которых взаимно перпендикулярны, и электроприводы поворота гироскопических элементов, блок управления, согласно решению, гироскопические элементы выполнены в виде двух маховиков – якорей электромотора, расположенных на одной оси вращения, концентрично один в другом, каждый из которых имеет элемент кольцеобразной формы с прямоугольным сечением, жестко соединенный с несущими конусообразными элементами для фиксации на оси вращения, расположенными с двух сторон от него, силовые электрические обмотки электропривода, расположенные на элементах кольцеобразной формы, входы обмоток соединены с контактными кольцами, а выходы – с соответствующими ламелями коллектора, при этом между коллекторами маховиков-якорей расположены ролики для обеспечения электрического контакта, каждый из маховиков-якорей содержит тормозные барабаны, расположенные на разных несущих элементах, корпус каждого гироскопического элемента имеет форму чечевицы.

Безынерционный силовой гироскоп имеет два гироскопических элемента и рамку их крепления со своим электроприводом поворота в виде реверсируемого электромотора с червячным приводом и коническими зубцами.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 – внутренний маховик-якорь, на фиг.2 – внешний маховик-якорь, на фиг.3 – ролики конические электроконтакта, на фиг.4 – корпус гироскопического элемента, на фиг.5 – электропривод поворота гироскопических элементов и фиксации корпуса, на фиг.6 – блок-схема гироскопа с двумя элементами, на фиг.7 – блок-схема гироскопа с тремя элементами, где

1) внутренний маховик-якорь;

2) деталь кольцеобразной формы с силовыми электрическими обмотками электромотора;

3) несущие конические элементы;

4) тормозной барабан;

5) электроконтактное кольцо;

6) ось вращения с подшипниками;

7) ламели коллектора внутреннего маховика-якоря;

8) внешний маховик-якорь;

9) ламели коллектора внешнего маховика-якоря;

10) прижимная пружина для электроконтакта коллектора;

11) ролики для обеспечения электрического контакта;

12) пластмассовый сепаратор для роликов;

13) герметичный корпус;

14) механизм крепления щеток электроконтактов;

15) электропривод поворота гироскопических элементов;

16) тормозные механизмы;

17) червячная коническая передача;

18) электромотор поворота с червячным приводом с коническими зубцами электропривода 15;

19) рамка крепления гироскопических элементов;

20) блок управления.

Устройство может быть реализовано в двух вариантах: с двумя или тремя гироскопическими элементами. При этом в первом случае устройство содержит рамку 19 для разворота КА. Каждый гироскопический элемент содержит два маховика – якоря электромотора, внутренний маховик-якорь 1 и внешний маховик-якорь 8, расположенные один внутри другого. Моменты инерции обоих маховиков-якорей примерно равны и не критичны по точности. Основная масса каждого из маховиков-якорей 1 и 8 сосредоточена в детали, имеющей кольцеобразную форму 2, преимущественно с прямоугольным сечением. На детали 2 расположены силовые электрические обмотки электромотора. С двух сторон к детали 2 жестко прикреплены несущие конусообразные элементы 3 (крышки). Маховики-якоря имеют оси вращения 6 с подшипниками качения. Число оборотов каждого из маховиков-якорей зависит от их размеров, напряжения бортовой сети и длительности их включения и лежит в пределах 200-800 об/мин. Тормозные барабаны 4 внутреннего якоря 1 и внешнего якоря 8 расположены на оси вращения 6 с противоположных сторон. Наличие тормозных механизмов 16, расположенных на корпусе 13, обеспечивает более экономный способ разворота КА. Электрические входы обмоток соединены с общим электроконтактным кольцом 5, при этом кольцо маховика-якоря 1 расположено на оси 6, а маховика-якоря 8 – на несущем коническом элементе 3. Выходы обмоток соединены с соответствующими ламелями коллектора 7 и 9. Контакты ламелей внутреннего и внешнего маховиков-якорей 1 и 8 перемыкаются стальными коническими роликами 11 в пластмассовом сепараторе. Для длительной и надежной работы контактов коллектора предусмотрена пружина 10, которая осуществляет надежный контакт роликов с коллекторами обоих маховиков-якорей. Вся конструкция из двух якорей помещена в корпус 13, имеющий форму чечевицы. Для снижения вероятности самовозгорания и окисления в корпусе 13 находится гелий под давлением, равным давлению на борту КА. Для крепления щеток электроконтактов предусмотрен элемент крепления 14. Корпус 13 снабжен электроприводом поворота 15, который состоит из червячной конической передачи 17 и реверсируемого электромотора 18. Устройство содержит блок управления 20.

Устройство работает следующим образом.

Для случая вращения КА

Устройство устанавливается на борт КА. Блок управления 20 подает ток в обмотки всех маховиков-якорей и фиксирует рамку 19. Каждый из маховиков-якорей 1, 8, вращаясь в свою сторону, компенсирует отклоняющие силы в своем гироскопическом элементе и тем самым дает точку жесткой опоры для КА.

Для осуществления разворота КА в определенном направлении включается электромотор 18 на рамке 19 и осуществляется поворот на заданный угол. Далее торможением маховиков-якорей обоих гироскопических элементов и последующим включением одного из якорей осуществляется разворот КА по нужной оси. Для точной наводки на заданное направление включаются все гироскопические элементы, и электромоторами 18 добиваются точной заданной установки. Точная фиксация должна проводиться после маневров с маховиками-якорями. Работа гироскопа с тремя гироскопическими элементами аналогична вышеописанной, только вместо электромотора 18 рамки 19 включается электромотор 18 третьего гироскопического элемента. Устройство может быть установлено на КА любого размера от наноспутников до космических мотоциклов и орбитальных станций.

Формула изобретения

1. Безынерционный силовой гироскоп, содержащий два или три гироскопических элемента в герметичном корпусе с гелиевым наполнением, оси вращения которых взаимно перпендикулярны, электроприводы поворота гироскопических элементов и блок управления, отличающийся тем, что гироскопические элементы выполнены в виде двух маховиков – якорей электромотора, расположенных на одной оси вращения, концентрично один в другом, каждый из которых имеет элемент кольцеобразной формы с прямоугольным сечением, жестко соединенный с несущими конусообразными элементами для фиксации на оси вращения, расположенными с двух сторон от него, силовые электрические обмотки электропривода расположены на элементах кольцеобразной формы, входы обмоток соединены с контактными кольцами, а выходы – с соответствующими ламелями коллектора, при этом между коллекторами маховиков-якорей расположены ролики для обеспечения электрического контакта, каждый из маховиков-якорей содержит тормозные барабаны, расположенные на разных несущих элементах, корпус каждого гироскопического элемента имеет форму чечевицы.

2. Безынерционный силовой гироскоп по п.1, отличающийся тем, что он имеет два гироскопических элемента и рамку их крепления с электроприводом поворота в виде реверсируемого электромотора с червячным приводом и коническими зубцами.

РИСУНКИ