Bánh xe hoạt động lại là thiết yếu thiết yếu để điều khiển hệ thống điều khiển thái độ tàu vũ trụ, cho phép thay đổi hướng chính xác mà không cần đẩy ra. Để nhiệm vụ đòi hỏi xử lý nhanh hoặc quản lý động lượng lớn, bánh xe phản ứng nhanh trở nên cần thiết. Thiết kế các bánh xe có các yêu cầu mô-men xoắn cực kỳ phức tạp thì đưa ra những vật liệu, công nghệ vận động, điều khiển nhiệt, và giảm độ rung động. Bài này khám phá vật lý, thiết kế, và giải pháp nâng cao để đáp ứng các thiết lập các thiết lập thiết lập thiết lập thiết lập thiết bị tối ưu để đáp ứng các yêu cầu tối ưu của không gian hiện đại về các yêu cầu khám phá không gian hiện đại.

Điều cơ bản của chiến dịch quay bánh xe

Bánh xe phản ứng khai thác bảo tồn động lượng góc. Khi động cơ điện tăng tốc hoặc giảm tốc độ, tàu vũ trụ trải qua một mô-men xoắn ngang và đối diện. Bằng cách điều khiển vận tốc ba hoặc bốn bánh xe điện tử gắn, tàu vũ trụ có thể quay quanh bất kỳ trục nào. Các bánh xe có khả năng đẩy lớn để cung cấp xung lực góc nhanh chóng, mà cần thiết cho các tàu vũ trụ lớn hoặc nhiệm vụ đòi hỏi các thao tác nhanh chóng.

Một khoảng khắc quay và mối quan hệ vô định

Mô-men xoắn được tạo ra bởi một bánh xe phản ứng tương ứng với thời điểm của máy đo cánh quạt và tốc độ góc của nó. Đối với thiết kế có kích thước cao, kỹ sư tối đa đo độ cân bằng qua đường kính lớn hơn hoặc cao hơn-và khả năng mô-men xoắn động cơ tăng áp lực và yêu cầu các kết cấu mạnh hơn.

Name

Một bánh xe phản ứng phục vụ hai vai trò: sản xuất mô-men xoắn và lưu trữ động lượng. Ứng dụng có kích thước cao thường nhấn mạnh mô-men xoắn trên động cơ được lưu trữ. Trong khi khả năng lưu trữ động cơ bền vững, nhu cầu mô-men xoắn nhấn mạnh giao diện cơ học [FL:3], vì các nhà thiết kế phải cân bằng bánh xe [FLT: 0] [FLT: 0] mô-men xoắn [FLT: 1], ngân sách có thể giảm [FL: 1 độ lớn và 1].

Tham số thiết kế khóa cho hệ thống đa phần

Thiết kế bánh xe phản ứng có kích thước cao cần thiết chọn cẩn thận một số tham số tương thích.

Comment

Mật độ Torque trên mỗi đơn vị là một đo lường quan trọng cho ứng dụng không gian nơi mà mỗi kg tính. bánh xe có kích thước lớn thường sử dụng các cánh quạt tổng hợp và các mạch từ tính tiên tiến để đẩy mật độ mô-men xoắn vượt quá 0.5 N·m/kg. Các thiết bị phát triển trong các vật liệu gió và từ trường, như là các từ trường có thể được sử dụng để tạo ra các từ trường có thể đạt được độ lớn mà không cần trọng lượng quá lớn.

Tốc độ Hoạt động tối đa

Tốc độ bị hạn chế bởi sức mạnh vật chất và khả năng mang. Bánh xe có kích thước cao thường hoạt với tốc độ từ 2000 đến 6.000 vòng quay. Tốc độ nhanh hơn cho phép đường kính nhỏ hơn nhưng tăng cường độ bền và mang mang. Đối với kịch bản cao, nhà thiết kế thường ưa thích tốc độ thấp hơn và kích thước lớn hơn để tránh trạng thái thất bại như động cơ quay vòng.

Thời gian sống và sự đáng tin cậy

Các hoạt động lớn mang tính chất thoái hóa do chất lượng cao và nhiệt độ hệ thống khử trùng, thường sử dụng các lồng chứa dầu hoặc các nguồn cung cấp nước, phải được thiết kế cho sự sống kéo dài.

Chọn lựa vật chất và thiết kế cơ khí

Sự lựa chọn vật chất ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của bánh xe, khối lượng và tính bền.

Vật liệu quay

Hợp kim nhôm cao (v. d. 7075- T6) là những lựa chọn truyền thống, nhưng thiết kế hiện đại sử dụng các sợi cacbon- xơ cứng (CFRP) hoặc ma trận kim loại tổng hợp. CFRP cung cấp một tỷ lệ tăng sức mạnh và độ mở rộng nhiệt thấp, giảm độ nhạy cảm cân. Đối với các thiết bị mô-men xoắn cực mạnh, các trục beryllium cung cấp độ cứng và mật độ thấp, mặc dù tính chất độc và giá trị giới hạn. Việc chọn vật liệu cũng phải cân nhắc [FRP:] [FL: tốc độ tăng mạnh để tăng cường] dưới chu kỳ lặp lại.

Hệ thống mang

Các dây mang là thành phần thất bại nhất trong các bánh xe phản ứng. Thiết kế cao cấp sử dụng một quả bóng góc liên lạc với các cặp có gắn sẵn các cặp có khả năng xử lý các khối vuông và các vật liệu bao gồm thép cứng (440C) hoặc các vật liệu kết hợp đồ gốm (bi dao động điện tử) mà giảm ma sát và mặc. Đối với các ứng dụng xoắn xoắn lớn nhất, các vật liệu mang từ được khám phá, mặc dù chúng thêm độ phức tạp và tiêu thụ năng lượng.

Nhà ở và gắn kết

Nhà ở bánh xe phải được cứng nhắc để ngăn ngừa sự biến dạng dưới phản ứng mô-men xoắn. Thường được làm từ hợp kim nhẹ, nhà ở cũng kết hợp các đường nhiệt để phát nhiệt. Giao diện gắn kết thường dùng các dây linh hoạt hoặc dao động để giảm cân bằng chức năng mất cân bằng của bánh xe từ cấu trúc tàu vũ trụ.

Động cơ và điện tử lái xe

Động cơ phải cung cấp mô-men xoắn chính xác với hiệu suất cao và giảm vận động.

Các động cơ DC không chổi

Động cơ không có bàn chải là tiêu chuẩn. Đối với mô-men xoắn cao, các nhà thiết kế chọn động cơ với một số cặp cực cao và các gió mạnh để tối đa mô-men xoắn trên mỗi ampere. Cấu hình động cơ không có đường cong giảm mô- đun, cho phép làm mịn hơn với tốc độ thấp. nam châm mặt đất cung cấp mật độ cảm ứng cúm cần thiết. Thiết bị điều khiển điện tử phải xử lý các dòng điện cao và kết hợp các tính năng phụ thuộc vào các tính năng phụ thuộc như gió phụ tùng.

Thuật toán Điều khiển

Lệnh kích hoạt cao đòi hỏi sự điều khiển nâng cao để tránh bắn quá nhiều và dao động. [FLT: 0] Điều khiểnField-Field (FOC) là điển hình, cung cấp phản ứng và hiệu quả nhanh. Để giảm tốc độ, bộ điều khiển phải phối với các bánh xe khác. Phần mềm bao gồm quản lý độ bão hoà và khả năng thích nghi để duy trì sự ổn định trong phạm vi mô-men xoắn.

Chiến thuật quản lý nhiệt

Nhiệt là sản phẩm phụ chính của các hoạt động có hệ thống cao, và chân không loại bỏ các thiết bị làm mát.

Nguồn nhiệt của thế hệ

Tại mô-men xoắn cao, nhiệt độ tăng nhanh, nguy cơ bị thiếu nam châm vĩnh viễn và chất bôi trơn chất bôi trơn. Phân tích nhiệt độ phải cân nhắc chu kỳ nhiệm vụ xấu nhất, như giết người lặp đi lặp lại.

Động tác và làm mát tích cực

Hầu hết các bánh xe phản ứng phụ thuộc vào làm mát thụ động: các đường dẫn tới xe buýt không gian qua dây nóng hoặc ống nhiệt. Một số thiết kế năng lượng cao kết hợp bộ tản nhiệt trên nhà bánh xe. Làm mát hoạt động bằng cách sử dụng vòng bơm là hiếm nhưng được xem là cực kỳ trường hợp. Vật liệu có tính dẫn nhiệt cao, như nhôm hoặc đồng, giúp truyền nhiệt.

Để biết thêm về nhiệt độ của tàu vũ trụ, hãy nhắc đến [FLT: 0] tổng quát .

Sự sáng tạo và thăng bằng

Việc quay bánh xe vi mô có thể làm giảm hiệu suất của các quả bom nhạy cảm như kính thiên văn hoặc máy đo điện toán.

Cân bằng động

Bánh xe có kích thước cao cần thiết cân bằng cực kỳ chính xác để giảm thiểu sự mất cân bằng. Máy cân bằng đa máy tính sửa chữa lỗi phân phối hàng loạt. Sau khi lắp ráp, bánh xe được quay cân bằng tới ISO 1940 G0.4 hoặc tốt hơn. Đối với nhiệm vụ với yêu cầu chặt chẽ, hệ thống cân bằng hoạt động bằng bằng bằng bằng bằng bằng bằng bằng bằng bằng bằng bằng với khối lượng đã được phát triển.

Những kỹ thuật viên bị thương

Thậm chí những bánh xe cân bằng hoàn hảo tạo ra rung động từ sự mang theo tiếng ồn và lan truyền mô-men xoắn động cơ. Các máy đo đường mềm với các lò phản ứng elastomeric hoặc kim loại làm giảm sự nhiễu sóng tần số cao. Các chất ẩm cao đôi khi được kết hợp vào các bánh xe. Đối với ứng dụng quan trọng, các nền độc lập toàn bộ bánh xe giảm lực truyền qua lại đến tàu vũ trụ.

Thử thách và hội đủ điều kiện

Mỗi bánh xe phản ứng có kích thước cao đều phải trải qua thử nghiệm nghiêm ngặt trước khi bay.

Điều kiện bao gồm:

  • Động cơ xe đạp:) sống sót qua những điều kiện cực kỳ nóng và lạnh.
  • Kháng cự và sốc:) Với hàng nạp.
  • Thử nghiệm cuộc sống: : Operate trong nhiều năm trong chân không tại mô-men xoắn cao.
  • Sơ đồ hiệu suất torque: kiểm tra đầu ra thông qua tốc độ và điện áp.
  • Đo lường hiệu quả:) Tính năng gây nhiễu.

Một nghiên cứu chi tiết về thử nghiệm phản ứng được cung cấp trong tờ giấy AIAA [FLT: 1] này [FLT: 1].

Những cải tiến trong tương lai

Tiến bộ về vật liệu và hoạt động hứa hẹn thậm chí còn có khả năng mô-men xoắn cao hơn.

Mang theo nhiều nguyên tắc

Tuy nhiên, vẫn còn thực nghiệm, HTS mang mang cung cấp cuộc sống gần vô hạn và không mặc, cho phép tốc độ và mô-men xoắn cao hơn. làm mát tạo mạch tăng độ phức tạp nhưng có thể được hợp lý cho các nhiệm vụ đòi hỏi độ chính xác cực kỳ cao và cuộc sống dài.

Những vật liệu thông minh và việc theo dõi sức khỏe theo chu kỳ

Các bộ cảm biến và hợp kim hình có thể cho phép các bánh xe phản ứng tự cân bằng hoặc điều chỉnh độ cứng. bộ kích hoạt bánh mì sẽ kết hợp vào động cơ có thể chống rung động trong thời gian thực. Những tính năng thông minh này tăng đáng tin cậy và giảm nhu cầu về các lề quá cỡ.

Để hiểu thấu hơn về các động cơ phi thuyền thế hệ tiếp theo, xem Công nghệ định hình nhỏ của NASASA .

Kết luận

Thiết kế các bánh xe phản ứng cho ứng ứng cao đòi hỏi một phương pháp hệ thống cân bằng khoa học vật chất, thiết kế động cơ, quản lý nhiệt và điều khiển rung động. mỗi tham số - tính năng, tốc độ, mô-men xoắn, sự sống - phải được tối ưu hóa trong việc hạn chế khối lượng, sức mạnh và chi phí. khi các nhiệm vụ không gian phát triển hơn, các nghiên cứu đang tiếp tục tăng cường, các phương tiện vận chuyển, hợp nhất và các thuật toán điều khiển sẽ tiếp tục đẩy các ranh giới của các bánh xe có thể đạt được. bằng cách điều khiển các thách thức này, các nhà thiết kế cho phép thực hiện các phương pháp điều khiển nhanh, chính xác để mở rộng quỹ đạo và vượt xa hơn quỹ đạo của chúng ta.