CN109525092B - 基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的对称电磁结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的对称电磁结构，包括环形管道；环形管道内部形成流体腔；流体腔内填充有导电流体；环形管道沿径向方向上的外侧连接有第一电极；环形管道沿径向方向上的内侧连接有第二电极；第一电极与第二电极相对设置；第二电极在轴向方向上的一端向径向向外方向延伸出引出电极，引出电极与第一电极相分离(第二电极与引出电极为一个整体零件)；在径向方向上，第一电极的外侧设置有第一永磁体，第二电极的内侧设有第二永磁体。本发明采用合理对称的磁路，能较好地实现均匀分布的磁场；其电流流经路径避免电流对磁场的影响，略宽于电极的磁场，避免磁场的边缘衰减，使得电磁力主要作用域内磁场均匀分布。
Description
技术领域
本发明涉及磁流体动力学领域，具体地，涉及基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的对称电磁结构。
背景技术
目前主流的卫星调姿执行机构是飞轮机构，利用角动量守恒原理，通过控制飞轮旋转来调整卫星姿态。但是，由于存在轴承以及运动机械件，飞轮结构可靠性较低，制约了航天器的使用寿命。比如，近期结束探测任务的开普勒太空望远镜就是因为姿态控制的四个动量轮相继失效了两个(至少存在三个才能正常工作)。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的对称电磁结构。
根据本发明提供的一种基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的对称电磁结构，包括环形管道；
环形管道内部形成流体腔；流体腔内填充有导电流体；
环形管道沿径向方向上的外侧连接有第一电极；
环形管道沿径向方向上的内侧连接有第二电极；第一电极与第二电极相对设置；
第二电极在轴向方向上的一端向径向向外方向延伸出引出电极，引出电极与第一电极相分离；
在径向方向上，第一电极的外侧设置有第一永磁体，第二电极的内侧设置有第二永磁体；
电流从第一电极流入，先后依次经过导电流体、第二电极，从引出电极流出。
优选地，第一永磁体与第二永磁体之间磁极方向相同，且通过第一轭铁、第二轭铁连接，其中，所述第一轭铁、第二轭铁分别位于环形管道轴向上的两侧。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明采用合理对称的磁路设计，能较好地实现均匀分布的磁场；其电流流经路径，能较好的避免电流对磁场的影响，减小电磁耦合效应，使得整个数学模型简化；略宽于电极的磁场，能较好的避免磁场的边缘衰减，使得电磁力主要作用域内磁场均匀分布；合理的轭铁形状设计，实现重量和导磁性能的协调。本发明基于磁流体动力学的卫星姿态控制执行机构，唯一运动的流体，没有轴承结构及其他运动机械，寿命和可靠性大大提升。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的对称电磁结构的结构示意图。
图2为本发明提供的基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的对称电磁结构的结构示意图。
图3为本发明提供的基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的对称电磁结构的电流流经路径示意图。
图4为本发明提供的基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的对称电磁结构的磁场示意图,箭头线表示磁力线。
图5为本发明提供的基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的对称电磁结构的磁场与电场作用区域的示意图。磁场主要作用域用较大的虚线框示出，电场主要作用域用较小的虚线框示出。
图6为本发明提供的基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的对称电磁结构的结构示意图。
图7为本发明提供的基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的对称电磁结构的结构示意图。
图8为本发明提供的基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的对称电磁结构的结构示意图。
图中示出：
1-环形管道
2-流体腔
3-第一电极
4-第二电极
5-引出电极
6-第一永磁体
7-第二永磁体
8-第一轭铁
9-第二轭铁
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图8所示，根据本发明提供的一种基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的对称电磁结构，包括环形管道；环形管道内部形成流体腔；流体腔内填充有导电流体；环形管道沿径向方向上的外侧连接有第一电极；环形管道沿径向方向上的内侧连接有第二电极；第一电极与第二电极相对设置；第二电极在轴向方向上的一端向径向向外方向延伸出引出电极，引出电极与第二电极为一个整体零件，引出电极与第一电极相分离；在径向方向上，第一电极的外侧设置有第一永磁体，第二电极的内侧设置有第二永磁体。第一永磁体与第二永磁体之间磁极方向相同，且通过第一轭铁、第二轭铁连接，其中，所述第一轭铁、第二轭铁分别位于环形管道轴向上的两侧；电流从第一电极流入，先后依次经过导电流体、第二电极，从引出电极流出。
根据电磁学，垂直叠加的磁场和电场会产生安培力。在磁流体动力学中，有相互垂直分量的磁场和电场，导电的流体便会受到电磁力，从而流动。外部接入电源，连接第一电极、第二电极。流体腔内的导电流体导电，第一电极、第二电极之间就会产生电场和电流。改变磁场方向或者电流/电场方向，作用力方向也发生改变，即导电流体流动方向改变。第一永磁体、第二永磁体用于产生磁场。轭铁的材料为铁，拥有较好的导磁性，用于引导磁感线流经流体腔的指定区域。电流由第一电极流入流体腔，此时流体腔内遵循磁流体动力学规律，产生体积力推动流体流动，电流再经过第二电极、引出电极流出装置。第一永磁体与第二永磁体磁极相同，由于上下两块轭铁的存在，磁路主要流经轭铁，经过流体腔闭合磁感线。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (1)
1.一种基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的对称电磁结构，其特征在于，包括环形管道；
环形管道内部形成流体腔；流体腔内填充有导电流体；
环形管道沿径向方向上的外侧连接有第一电极；
环形管道沿径向方向上的内侧连接有第二电极；第一电极与第二电极相对设置；
第二电极在轴向方向上的一端向径向向外方向延伸出引出电极，引出电极与第一电极相分离；
在径向方向上，第一电极的外侧设置有第一永磁体，第二电极的内侧设置有第二永磁体；
电流从第一电极流入，先后依次经过导电流体、第二电极，从引出电极流出；
第一永磁体与第二永磁体形成的磁场方向相同，且通过第一轭铁、第二轭铁连接，其中，所述第一轭铁、第二轭铁分别位于环形管道轴向上的两侧；
外部接入电源，连接第一电极、第二电极；流体腔内的导电流体导电，第一电极、第二电极之间产生电场和电流；改变电流/电场方向，作用力方向也发生改变，即导电流体流动方向改变；
第一永磁体、第二永磁体用于产生磁场；轭铁的材料为铁，用于引导磁感线流经流体腔的指定区域；电流由第一电极流入流体腔，流体腔内产生体积力推动流体流动，电流再经过第二电极、引出电极流出装置；由于第一轭铁、第二轭铁上下两块轭铁的存在，磁路流经轭铁，经过流体腔闭合磁感线；
位于电极之间的磁场略宽于电极。
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