Reaction Wheel Rotor 개발의 자료 과학 획기적인

물자 과학 돌파구에는 근본적으로 정확한 우주선 태도 통제를 위해 근본적으로 디자인과 성과가, 바퀴 회전자의 디자인 그리고 성과를 reshaped가 있습니다. 진보된 합성과 고성능 합금을 레버로 처리해서, 엔지니어는 지금 점화기, 더 튼튼한, 열으로 안정되어 있는, 연장 임무 수명을 제공하고 과학과 상업적인 우주선의 새로운 종류를 가능하게 합니다.

반응 바퀴 회전기의 기초

영업 원칙

앵글의 보정을 이용하여 반응 휠 컨트롤 우주선 오리엔테이션. 고속 매장에서 회전 회전 속도가 순간적으로 변화합니다. 회전 속도가 Newton의 세 번째 법으로 우주선의 각도를 변경합니다. 스러셔와 달리 반응 휠은 정밀하고, 연료없는 태도 조정을 제공하여 선명한 임무를 제한하는 데 중요한 역할을합니다.

Rotors의 물자 필요조건

흡진기는 극한 원심력, 햇빛에서 그림자에 급속한 열 순환, 및 outgassing 없이 진공의 밑에 가동을 저항해야 합니다. 주요 물자 재산은 높은 특정한 뻣뻣함, 낮은 조밀도, 우수한 피로 저항 및 영원한 개악을 피하기 위하여 높은 탄력 있는 한계를 포함합니다. 열 전도도는 열 팽창 계수가 주위 성분의 긴장을 극소화하기 위하여 일치해야 합니다.

역사 자료 및 제한

전통 금속

초기 반응 휠 로터는 강도와 낮은 비용으로 인해 강철 합금으로 만들어졌습니다. 그러나 강철의 고밀도 한정된 페이로드 용량 및 순환 로딩 감소 서비스 수명의 피로에 대한 탁월한. 알루미늄 합금 제안 낮은 무게를 제공하지만 주름과 충분한 뻣뻣함에서 고통 받고 높은 스핀 속도에 공명 문제에 이르는.

초기 합성

유리 섬유 강화 폴리머는 중형 중량 절감과 향상된 피로 행동을 제공하지만 현대 재료와 비교하여 낮은 강도 중량 비율은 로터가 더 두꺼운 것으로, 대량 관성 및 효율성을 증가 시켰습니다. 또한, 수분 흡수는 시간이 지남에 따라 성능 향상, 밀봉 된 우주선 환경에서의 문제.

Breakthrough 합성 물자

탄소 섬유 강화 폴리머 (CFRP)

탄소 섬유 복합체의 채택은 회전자 디자인을 혁명화했습니다. 에폭시 기반 CFRP 시스템은 이제 고강도 강철의 강도 4 배의 강도를 제공하는 1.6 g / cm3의 밀도를 가진 3,500 MPa를 초과하는 인장 강도를 달성합니다. CFRP에서 제작 된 회전 장치는 섬유 방향과 배치 시퀀스를 조정하여 엔지니어는 1 차 부하 방향에서 뻣뻣함을 극대화 할 수 있습니다.

자동화 섬유 배치 (AFP) 및 수지 전송 성형 (RTM) 같은 고급 제조 기술은 일관된 품질을 보장합니다. NASA의 최근 연구는 알루미늄 동등물과 비교하여 로터 질량의 40 % 감소를 입증, 진공 테스트의 수천 후 상당한 분해와. 외부 소스: NASA 고급 복합물 연구.

세라믹 매트릭스 컴파운드 (CMCs)

썩음은 극한 열 환경에서 작동하기 위해 태양 또는 고스톱 간격으로, 탄소 섬유 강화 실리콘 카바이드 (C / SiC) 복합물은 비파열 안정성을 제공합니다. CMCs는 금속 또는 폴리머의 한계를 넘어 1,600°C까지 온도에서 구조적 무결성을 유지한다. 그들은 또한 전시 [[FLT : 0]]]excellent 열충격 저항[FLT : 1],600°C, 금속 또는 폴리머의 한계를 넘어 이상적인 열충격을 만들기 위해 이상적인 열충격을 만드는.

CMC 로터는 생산에 더 비싸지만, 더 높은 회전 속도를 처리하는 능력은 더 큰 토크 용량으로 직접 번역되며, 회전자 볼륨을 늘리지 않고 더 빠른 태도 교정을 가능하게합니다.

높은 성능 합금

티타늄 합금

티타늄-6Al-4V는 로터 허브 및 부품에 대한 작업자에 남아 있습니다. 온건한 온도에 고강도가 필요합니다. 아연 도금 티타늄 합금에 우수한 4.4 g / cm3 및 내식성의 밀도는 종종 하이브리드 디자인에 사용됩니다. 티타늄 허브는 복합 변죽에 접착됩니다. Ti-10V-2Fe-3Al와 같은 최근 합금 개발은 시작 중 에너지 흡수를 유지하면서 1,200 MPa의 항복 강도를 달성합니다.

니켈 기반 수퍼알로이

이 제품은 주로 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속

Superalloy rotors의 임무의 예는 ]James Webb Space Telescope]이며, Inconel rotors와 반응 휠을 사용하여 냉간한 공간의 수년간 정밀한 포인팅 안정성을 유지합니다. 외부 소스: ]ESA James Webb Summary.

제조 혁신

자동화된 섬유 배치 (AFP)

AFP 로봇은 이전 불가능했던 복잡한 복합 지오메트리를 만드는 고속에 탄소 섬유 토우를 놓을 수 있습니다. 이 과정은 반복된 회전 사이클의 밑에 microcracking를 위해 1%의 밑에 공허 내용을, 긴축합니다 감소시킵니다. AFP는 또한 전반적인 질량을 증가 없이 놀이쇠 구멍 또는 방위 공용영역에 여분 층을 추가하는 국부적으로 보강을 가능하게 합니다.

금속 Rotors의 첨가제 제조

선택적 레이저 용융 및 전자 빔 용융 지금 생산 티타늄과 슈퍼 알로이 로터 내부 격자 구조로 강도 유지하면서 질량을 감소. 이 기술은 너무 비용이 많이 드는 기계에 설계 토폴더를 허용, 허브에 직접 원심 부하를 낙관 된 스포크 지오메트리와 같은. ]Additively 제조 로터는 같은 피로 생활을 입증했다 NASA의 개방형 테스트, 작은 문 및 위성의 작은 문 및 위성에 대한.

Spacecraft 성능에 대한 영향

Mass reduce] 30~50%의 레거시 디자인과 관련하여, 더 많은 양의 급여, 연료, 또는 추가 기기를 허용.
]확장된 임무 생활: 개량된 피로 저항 및 열 안정성은 지금 15 년간 믿을 수 있는, 더 깊은 공간 임무를 위해 긴요한 작동을 의미합니다.
Higher Torque density: 고급 재료는 휠 직경을 증가하지 않고 빠른 태도 응답을 제공 6,000 RPM까지 회전 속도를 허용.
더 열 관리: 베어링에 윤활유를 탈착하는 열을 균등하게 퍼뜨리고, 마찰 전도성을 가진 합성물.
Reduced vibration: 합성 가소류에서 유도하는 것은 지터를 감소시키고, 망원경과 지구 심상과 같은 민감한 광학 기기를 혜택을 줍니다.

이 개선은 ]]Mars rovers에서 배열하는 임무에서 실현되어, 이는 통신에 대한 정확한 포인팅을 요구하고, ]International Space Station)은, 유사한 로터 재료에 의존하는 순간 gyros (변종)을 제어합니다. 외부 소스: ISS gyroscope research.

시험 및 자격

파괴에 대한 회전 테스트

이 테스트는 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료되면, 테스트가 완료됩니다.

열 진공 사이클

회전 장치는 낮은 지구 궤도의 가혹한 환경을 가장하기 위하여 진공의 밑에 -40°C와 +80°C 사이 주기의 수백에 지배됩니다. 가스를 공급 비율은 방출된 어떤 휘발성 화합물이 광학 또는 감지기를 오염시키지 않다는 것을 보증하기 위하여 측정됩니다. 이 자격을 통과하는 물자는 그 때 지상 시험 침대에서 몇몇 년을 지속하는 생명 테스트를 위한 가득 차있는 반응 바퀴 단위로 조립됩니다.

소재 과학의 미래 방향

Nanostructured 합성물

탄소 나노 튜브와 그래 핀은 에폭시 매트릭스로 통합되어 더 높은 뻣뻣함과 열 전도성을 가진 복합물을 만듭니다. 0.5% 그래 핀로드와 로터는 체중이 없는 계수에서 15 % 증가를 보였습니다. 도전은 나노 입자를 균일하게 분산시키고 있지만 파일럿 생산 라인은 이제 작은 위성에 능동적입니다.

스마트소재

복합 로터에 내장 된 압전 섬유는 즉시 댐 진동을 적극적으로 수 있으며 외부 제어 소프트웨어의 필요성을 감소시킵니다. 유럽 우주기구의 연구 팀은 정확한 불균형 힘에 전압 신호를 사용하는 프로토 타입 스마트 로터를 테스트하고 있습니다. 자기 감지 로터는 또한 비만 손상을 감지 할 수 있습니다. 예를 들어, microcracks 및 회전 속도를 조정하여 백열 실패를 방지합니다.

자기 치유 재료

치료제 (예 : dicyclopentadiene)을 함유 한 Microcapsules는 로터 매트릭스에서 분산 될 수 있습니다. 균열 형태가 될 때, 캡슐 파열은 고분자 및 균열을 밀봉하는 에이전트를 풀어 놓습니다. 이 기술은 수십 년 동안 회전자 수명을 연장 할 수 있으며, 특히 공간에서 서비스 할 수없는 회전 기계. 초기 실험실 실험은 손상 후 인장 강도의 80 % 회복을 보여 주며, 인스페이스 유효성 검사는 2027에 계획됩니다.