CN109552669A - 基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的环形电磁结构 - Google Patents

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CN109552669A CN201811428680.1A CN201811428680A CN109552669A CN 109552669 A CN109552669 A CN 109552669A CN 201811428680 A CN201811428680 A CN 201811428680A CN 109552669 A CN109552669 A CN 109552669A
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顾友林
刘超镇
王石刚
梁庆华
周安垒
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Shanghai Jiaotong University
Shanghai Aerospace Control Technology Institute
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Shanghai Jiaotong University
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    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
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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环形电磁结构，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；环形管道在轴向方向上的两端分别连接有第一电极、第二电极；环形管道在径向方向上的外侧连接有永磁体，和/或环形管道在径向方向上的内侧连接有永磁体。本发明中整个环形流域的流场、磁场、电场的轴对称性简化了模型，避免了磁场的边缘效应，避免了电流的漫流，假设磁场均匀、上下电极分别等电势，则流体腔内的电流、电势也将是均匀分布的。

Description

基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的环形电磁结构
技术领域
本发明涉及环形电磁结构，具体地，涉及基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的环形电磁结构。
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)。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。
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环形电磁结构。
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环形电磁结构，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；
环形管道在轴向方向上的两端分别连接有第一电极、第二电极；
环形管道在径向方向上的外侧连接有永磁体，和/或环形管道在径向方向上的内侧连接有永磁体。
优选地，所述永磁体的剩磁方向为径向。
优选地，所有永磁体磁场方向均向外或者均向内。
优选地，第一电极、第二电极多处接入电源，以实现电位等势。
优选地，永磁体磁场均匀。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中整个环形流域的流场、磁场、电场的轴对称性，这简化了模型，无论是解析计算还是数值仿真都比纯三维建模简单。
2、本发明避免了磁场的边缘效应。这里磁场连续成环形，其不均匀性取决于永磁体之间的区域以及安装间隙。
3、本发明避免了电流的漫流，即避免了电流流出磁场域。现在整个流体腔都处在电场、磁场作用下，假设磁场均匀、上下电极分别等电势，则流体腔内的电流、电势也将是均匀分布的。
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环形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环形电磁结构的原理示意图。
图中示出：
1-管道
2-流体腔
3-外侧永磁体
4-内侧永磁体
5-第一电极
6-第二电极
7-装置框架
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、图2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环形电磁结构，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；环形管道在轴向方向上的两端分别连接有第一电极、第二电极；环形管道在径向方向上的外侧连接有永磁体，和/或环形管道在径向方向上的内侧连接有永磁体。具体地，所述永磁体的剩磁方向为径向。所有永磁体磁场方向均向外或者均向内。第一电极、第二电极多处接入电源，以实现电位等势。永磁体磁场均匀。
本发明的工作原理如下：
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，流体腔内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。内外侧布置的永磁体(也可以仅单侧布置)，磁场方向沿径向同向，整个流体腔便产生径向磁场。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，产生体积力推动导电流体流动，电流再经过第二电极流出环形管道。内外侧永磁体的磁场方向沿径向相同，磁路经过流体腔以及上下方空间闭合磁感线。其中，类似飞轮机构，本发明也是基于角动量守恒原理进行卫星调姿。飞轮机构是，电机驱动飞轮旋转，这里是驱动流体在环形管道里流动。飞轮旋转或者流体沿环形管道流动，其实可以看作卫星与飞轮\流体之间发生互相作用的扭矩，也就是动量轮交换。控制这个相互作用的扭矩大小就是控制了卫星的旋转启停与速度，也就是控制了卫星姿态。
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 (5)

1.一种基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的环形电磁结构，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；
环形管道在轴向方向上的两端分别连接有第一电极、第二电极；
环形管道在径向方向上的外侧连接有永磁体，和/或环形管道在径向方向上的内侧连接有永磁体。
2.根据权利要求1所述的基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的环形电磁结构，其特征在于，所述永磁体的剩磁方向为径向。
3.根据权利要求1所述的基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的环形电磁结构，其特征在于，所有永磁体磁场方向均向外或者均向内。
4.根据权利要求1所述的基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的环形电磁结构，其特征在于，第一电极、第二电极多处接入电源，以实现电位等势。
5.根据权利要求1所述的基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的环形电磁结构，其特征在于，永磁体磁场均匀。
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