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原文传递一种失效航天器的被动消旋装置及消旋方法

专利名称：	一种失效航天器的被动消旋装置及消旋方法
摘要：	本发明提供了一种失效航天器的被动消旋装置及消旋方法，消旋装置包括两根柔性伸杆及端部空心球体、卷盘装置，所述的消旋装置内置于航天器中，或由其它航天器抓捕等机构粘附于失效航天器主体。消旋装置开始工作后，利用失效航天器旋转离心力克服弹簧铰链的势能作用，被动释放柔性伸杆及端部球体，释放至最大长度后，释放球体中液体，在动量守恒定理下实现消旋，并在消旋后在弹簧铰链的作用下回收柔性伸杆。本发明通过消旋装置释放柔性伸杆和球体质量，利用动量守恒实现三轴消旋，消旋后回收柔性伸杆，不会破坏航天器本身，能够保证航天器的安全。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海航天控制技术研究所
发明人：	刘付成;孙禄君;黄静;朱东方;黄庭轩
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-24T00:00:00+0800
申请号：	CN201811513002.5
公开号：	CN109795721A
代理机构：	上海航天局专利中心
代理人：	余岢
分类号：	B64G1/66(2006.01);B;B64;B64G;B64G1
申请人地址：	201109 上海市闵行区中春路1555号
主权项：	1.一种失效航天器的被动消旋装置，其特征在于：包括两根柔性伸杆及端部空心球体、卷盘装置和驱动机构，所述的消旋装置内置于航天器中，或由其它航天器抓捕等机构粘附于失效航天器主体。 2.根据权利要求1所述的失效航天器的被动消旋装置，其特征在于：所述的杆件由碳纤维复合材料制备，采用中空对称的截面形状。 3.根据权利要求1所述的失效航天器的被动消旋装置，其特征在于：空心球体中灌满低冰点的液体，同时密封盖可以控制其是否打开。 4.根据权利要求1所述的失效航天器的被动消旋装置，其特征在于：卷盘装置为存储装置，柔性伸杆无损地卷曲于卷盘装置，并通过弹簧铰链连接柔性伸杆实现展开和锁定功能。 5.一种失效航天器的被动消旋方法，利用如权利要求1所述失效航天器的被动消旋装置，其特征在于：消旋装置开始工作后，利用失效航天器旋转被动释放柔性伸杆及端部球体，释放至最大长度后，释放球体中液体，在动量守恒定理下实现消旋，并在消旋后在弹簧铰链的作用下回收柔性伸杆。 6.根据权利要求5所述失效航天器的被动消旋方法，其特征在于：消旋过程主要分为两个过程，第一个过程中，柔性伸杆沿切向方向长度增加，第二个过程中，柔性伸杆长度不变，伸杆绕连接点运动。 7.根据权利要求5所述失效航天器的被动消旋方法，其特征在于：最大柔性伸杆长度为失效航天器与消旋装置质量之和为m，两球体质量分别为m1和m2，失效航天器转动惯量为J＝diag(Jx,Jy,Jz)，d为卷盘的直径。 8.根据权利要求5所述失效航天器的被动消旋方法，其特征在于包括：对失效航天器、柔性伸杆及端部空心球体的运动学建模；系统的动力学建模；设计球体质量、柔性伸杆长度、消旋装置尺寸，得出消旋装置的角速度变化，最终求出消旋装置工作过程对于失效航天器的三轴降速。 9.根据权利要求8所述失效航天器的被动消旋方法，其特征在于：失效航天器的本体坐标系为Obxbybzb，惯性坐标系为Oxiyizi，以卷盘装置的中心为原点的局部坐标系为Dxdydzd，失效航天器与消旋装置质量之和为m，两球体质量分别为m1和m2，失效航天器转动惯量为J＝diag(Jx,Jy,Jz)，航天器本体相对于惯性坐标系Oxiyizi的失效航天器三轴姿态角用四元数Q＝[η0 η1 η2 η3]T描述，旋转角速度为ω＝[ω1,ω2,ω3]T，在第一阶段，第i个球体相对于参考坐标系Cxsyszs的位置矢量ri可以描述为第i个球体的速度矢量写为其中，ν10＝0，ν20＝π，d为卷盘的直径；在第二阶段，νi＝vie为常值，由第一阶段的末端角度νi确定；第i个球体相对于参考坐标系Cxsyszs的位置矢量ri可以描述为第i个球体的速度矢量可以写为其中，在第二阶段保持长度不变。 10.根据权利要求8所述失效航天器的被动消旋方法，其特征在于：进一步，第i个球体相对于惯性坐标系Oxiyizi的位置矢量Ri可以描述为 Ri＝R+C(rd+Cdri),i＝1,2 其中，C为从本体坐标系Cxyz到惯性坐标系Oxiyizi的旋转矩阵，Cd为从局部坐标系Cxsyszs到本体坐标系Cxyz的旋转矩阵；旋转角速度ω由运动学方程确定其中，矩阵Ξ(η)定义如下：消旋过程两个阶段的动力学方程采用欧拉拉格朗日方程描述其中，T为系统动能，通过下式计算式中，
所属类别：	发明专利