CN116280275B - 一种角动量自守恒机构以及卫星 - Google Patents

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Abstract

一种角动量自守恒机构，用于卫星，卫星包括卫星本体、载荷以及角动量自守恒机构，载荷通过角动量自守恒机构连卫星本体上。角动量自守恒机构包括：转盘、第一摆动机构、第二摆动机构以及驱动机构，转盘可转动的设置在卫星本体部上，第一摆动机构包括第一传动组件以及第一摆动件，第一摆动件通过第一传动组件与转盘传动连接，第二摆动机构包括第二传动组件以及第二摆动件，第二摆动件通过第二传动组件与转盘传动连接。驱动机构驱动转盘转动，转盘分别通过第一传动组件与第二传动组件带动第一摆动件与第二摆动件朝向彼此相反的方向摆动，以使第一摆动机构第二摆动机构的转动惯量相互抵消，第一摆动件与第二摆动件中的一方为载荷。还提供一种卫星。

Description

一种角动量自守恒机构以及卫星
技术领域
本发明涉及航天技术领域，具体涉及一种角动量自守恒机构以及卫星。
背景技术
人造卫星在进行对地观测或是目标扫描等作业时，成像装置需要进行往复摆动实现连续成像，例如为实现对地目标的宽幅连续成像，需要成像装置进行大角度快速往复摆动。其中一种常见摆动方式是将成像装置作为载荷连接于卫星本体上，由载荷摆动机构来实现装置的往复摆动。
现有的大惯量载荷摆动机构大多采用电机驱动转盘转动，进而带动载荷进行往复摆动，在载荷摆动的过程中由动量轮系统实现卫星的整体平衡，但动量轮的长期加减速启停容易对动量轮系统造成损伤，影响动量轮系统的使用寿命，不利于卫星的长期运行。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种角动量自守恒机构，能够在卫星载荷摆动的过程中实现角动量自守恒。
上述角动量自守恒机构用于卫星，所述卫星包括卫星本体、载荷以及角动量自守恒机构，所述载荷通过所述角动量自守恒机构连接于所述卫星本体上，使所述载荷相对所述卫星本体可摆动，所述角动量自守恒机构包括：
转盘，可转动的设置在所述卫星本体部上；
第一摆动机构，包括第一传动组件以及第一摆动件，所述第一摆动件通过所述第一传动组件与所述转盘传动连接；
第二摆动机构，包括第二传动组件以及第二摆动件，所述第二摆动件通过所述第二传动组件与所述转盘传动连接；以及
驱动机构，用于驱动所述转盘转动；
其中，所述驱动机构驱动所述转盘进行转动，所述转盘分别通过所述第一传动组件与所述第二传动组件带动所述第一摆动件与所述第二摆动件朝向彼此相反的方向摆动，以使所述第一摆动机构与所述第二摆动机构的转动惯量相互抵消；
所述第一摆动件与所述第二摆动件中的一方为所述载荷。
在一个或多个实施方式中，所述第一摆动机构与所述第二摆动机构的质量相等，在初始状态下，所述第一摆动机构与所述第二摆动机构的重心位置一致且位于所述转盘的转动中心线上；在工作状态下，所述第一摆动机构与所述第二摆动机构的重心位置与所述转盘的转动中心之间的距离始终一致。
在一个或多个实施方式中，所述第一摆动件与所述第二摆动件中的另一方为平衡块。
在一个或多个实施方式中，所述转盘上设置有齿轮部，所述第一传动组件包括第一齿轮以及第一摆臂，所述第一齿轮设置在所述第一摆臂的一端，用于与所述齿轮部配合实现传动连接，所述第一摆动件设置于所述第一摆臂的另一端；
所述第二传动组件包括第二齿轮以及第二摆臂，所述第二齿轮设置在所述第二摆臂的一端，用于与所述齿轮部配合实现传动连接，所述第二摆动件设置于所述第二摆臂的另一端；
其中，所述齿轮部呈圆形，所述第一齿轮与所述第二齿轮连接于所述转盘直径方向上的两端。
在一个或多个实施方式中，所述第一传动件与所述第二传动件采用锥形齿轮。
在一个或多个实施方式中，所述第一摆动件为所述载荷，所述第一摆动机构还包括第三摆动件，所述第三摆动件设置于所述第一摆臂上，以随所述载荷同步摆动；
其中，所述第一摆动件位于所述第二摆动件靠近所述转盘的一侧，所述第三摆动件位于所述第二摆动件远离所述转盘的另一侧。
在一个或多个实施方式中，所述角动量自守恒机构还包括控制系统，通过所述控制系统控制所述载荷的摆动角度以及摆动频率。
在一个或多个实施方式中，所述载荷为成像装置。
本发明的另一个目的是提供一种卫星，能够在卫星载荷摆动的过程中实现角动量自守恒。
上述卫星包括卫星本体、载荷以及上述的角动量自守恒机构，所述载荷通过所述角动量自守恒机构连接于所述卫星本体上，使所述载荷相对所述卫星本体可摆动。
本申请与现有技术相比至少具有以下有益效果：
上述角动量自守恒机构中第一摆动机构与第二摆动机构的运动方向始终相反，通过转盘的转动可驱使第一摆动件与第二摆动件同步反向摆动，在初始状态下，第一摆动机构与第二摆动机构的质量相等，重心位置一致且位于转盘的转动中心线上，从而能够在载荷进行摆动作业的过程中，由第一摆动机构或第二摆动机构来抵消载荷的转动惯量，实现卫星的角动量自守恒，确保在载荷摆动作业的过程中卫星本体始终保持平衡。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1是根据一实施例的卫星的一立体图。
图2是根据一实施例的卫星的另一立体图。
图3是根据一实施例的角动量自守恒机构的正视图。
图4是根据一实施例的角动量自守恒机构的侧视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
为解决现有技术中的载荷摆动机构因采用动量轮系统来实现载荷摆动过程中卫星的整体平衡而存在的动量轮系统使用寿命短，不利于卫星的长期运行的问题，本申请提出一种角动量自守恒机构，能够在卫星载荷摆动的过程中实现角动量自守恒。
如图1至图4所示，卫星包括卫星本体1、载荷以及角动量自守恒机构，载荷通过角动量自守恒机构连接于卫星本体1上，使载荷相对卫星本体1可摆动，角动量自守恒机构包括转盘2、第一摆动机构3、以及第二摆动机构4，转盘2可转动的设置在卫星本体1上，第一摆动机构3包括第一传动组件31以及第一摆动件32，第一摆动件32通过第一传动组件31与转盘2传动连接，第二摆动机构4包括第二传动组件41以及第二摆动件42，第二摆动件42通过第二传动组件41与转盘2传动连接。其中，转动转盘2可分别通过第一传动组件31与第二传动组件41带动第一摆动件32与第二摆动件42朝向彼此相反的方向摆动，以使第一摆动机构3与第二摆动机构4的转动惯量相互抵消，第一摆动件32与第二摆动件42中的一方为载荷。
上述角动量自守恒机构中第一摆动机构3与第二摆动机构4的运动方向始终相反，通过转盘2的转动可驱使第一摆动件32与第二摆动件42同步反向摆动。第一摆动机构3与第二摆动机构4的质量相等，在初始状态下，第一摆动机构3与第二摆动机构4的重心位置一致且位于转盘2的转动中心线上，在工作状态下，第一摆动机构3与第二摆动机构4的重心位置与转盘2的转动中心之间的距离始终一致，从而能够在载荷进行摆动作业的过程中，由第一摆动机构3或第二摆动机构4来抵消载荷的转动惯量，实现卫星的角动量自守恒，确保在载荷摆动作业的过程中卫星本体1始终保持平衡。
本文中的载荷指的是可活动的连接于卫星本体1上，需要进行摆动作业的装置，例如载荷可以是成像装置，通过成像装置的往复摆动实现连续成像，实现卫星的对地观测作业。载荷也可以是例如探测雷达、专用科学装置等需要长期往复摆动的元器件。
在一个实施方式中，第一摆动件32与第二摆动件42中的一方为载荷，另一方为平衡块，例如可以是第一摆动件32为载荷，第二摆动件42为平衡块，平衡块在第二摆动机构4中仅起到平衡作用，使载荷摆动过程中第二摆动机构4产生的转动惯量与第一摆动机构3产生的转动惯量大小相同、方向相反，实现卫星的角动量自守恒。
在其它实施方式中，第一摆动件32与第二摆动件42中的另一方也可以是其它需要进行摆动作业的装置，更充分的利用该摆动机构，只要在载荷摆动作业的过程中第一摆动机构3与第二摆动机构4的转动惯量能够相互抵消，实现卫星的角动量自守恒，确保卫星本体1能够保持平衡即可。
在图1至图4所示的一个具体的实施方式中，转盘2上设置有齿轮部21，第一传动组件31包括第一齿轮311以及第一摆臂312，第一齿轮311设置在第一摆臂312的一端，用于与齿轮部21配合实现传动连接，第一摆动件32设置于第一摆臂312的另一端。第二传动组件41包括第二齿轮411以及第二摆臂412，第二齿轮411设置在第二摆臂412的一端，用于与齿轮部21配合实现传动连接，第二摆动件42设置于第二摆臂412的另一端。其中，齿轮部21呈圆形，第一齿轮311与第二齿轮411连接于转盘2直径方向上的两端。
具体可参考图1，角动量自守恒机构的结构如图所示，角动量自守恒机构通过T型转轴5与卫星本体1连接，T型转轴5包括竖直部51以及水平部52，在动量自守恒机构的传动系统中，转盘2作为主动轮可转动的设置在竖直部51上，第一齿轮311与第二齿轮411作为从动轮分别可转动的设置在水平部52两端，与转盘2的齿轮部21啮合实现传动连接，从而能够通过转盘2的转动带动整个机构运行。
以第一齿轮311为例，第一齿轮311靠近T型转轴5的一侧与T型转轴5的水平部52可转动连接，远离T型转轴5的一侧与第一摆臂312固定连接，使第一齿轮311相对T型转轴5可转动，相对第一摆臂312不可转动，转动转盘2通过齿轮部21驱动第一齿轮311转动时能够带动第一摆臂312摆动，实现载荷的往复摆动。
同理，第二齿轮411相对T型转轴5可转动，相对第二摆臂412不可转动，通过齿轮部21驱动第二齿轮411转动时能够带动第二摆臂412摆动，实现卫星的角动量自守恒，在载荷的摆动过程中确保卫星本体1能够始终保持平衡。
第一齿轮311与第二齿轮411均可以采用锥形齿轮，两锥形齿轮中心对称，具体可参考图1，在该具体实施方式中，由于第一齿轮311以及第二齿轮411的转轴与齿轮部21的转轴垂直相交，与传统的柱形齿轮相比，采用锥形齿轮能够改变传动方向，保证传动连接的稳定性。
在上述具体实施方式中，第一摆动件32为载荷，第一摆动机构3还包括第三摆动件6，第三摆动件6设置于第一摆臂31上，以随载荷同步摆动。其中，第一摆动件32位于第二摆动件42靠近转盘2的一侧，第三摆动件6位于第二摆动件42远离转盘2的另一侧。
通过增设第三摆动件6易于调节第一摆动机构3的重心位置，例如第三摆动件6可以是可拆卸的连接在第一摆臂31上，根据实际所使用的第一摆动件32及第二摆动件42的质量选择合适的第三摆动件6进行装配，使第一摆动机构3的重心位置与第二摆动机构4一致，从而在载荷的摆动过程中第一摆动机构3与第二摆动机构4的转动惯量能够相互抵消，实现卫星的角动量自守恒。
在一个实施方式中，角动量自守恒机构还包括控制系统，转盘2通过驱动机构驱动进行转动以带动载荷摆动，并通过控制系统控制载荷的摆动角度以及摆动频率，实现载荷多角度、多频率的摆动作业，以满足不同的使用需求。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种角动量自守恒机构，用于卫星，其特征在于，所述卫星包括卫星本体、载荷以及角动量自守恒机构，所述载荷通过所述角动量自守恒机构连接于所述卫星本体上，使所述载荷相对所述卫星本体可摆动，所述角动量自守恒机构包括：
转盘，可转动的设置在所述卫星本体部上；
第一摆动机构，包括第一传动组件以及第一摆动件，所述第一摆动件通过所述第一传动组件与所述转盘传动连接；
第二摆动机构，包括第二传动组件以及第二摆动件，所述第二摆动件通过所述第二传动组件与所述转盘传动连接；以及
驱动机构，用于驱动所述转盘转动；
其中，所述驱动机构驱动所述转盘进行转动，所述转盘分别通过所述第一传动组件与所述第二传动组件带动所述第一摆动件与所述第二摆动件朝向彼此相反的方向摆动，以使所述第一摆动机构与所述第二摆动机构的转动惯量相互抵消；
所述第一摆动件与所述第二摆动件中的一方为所述载荷；所述第一摆动机构与所述第二摆动机构的质量相等，在初始状态下，所述第一摆动机构与所述第二摆动机构的重心位置一致且位于所述转盘的转动中心线上；在工作状态下，所述第一摆动机构与所述第二摆动机构的重心位置与所述转盘的转动中心之间的距离始终一致。
2.如权利要求1所述的角动量自守恒机构，其特征在于，所述第一摆动件与所述第二摆动件中的另一方为平衡块。
3.如权利要求1所述的角动量自守恒机构，其特征在于，所述转盘上设置有齿轮部，所述第一传动组件包括第一齿轮以及第一摆臂，所述第一齿轮设置在所述第一摆臂的一端，用于与所述齿轮部配合实现传动连接，所述第一摆动件设置于所述第一摆臂的另一端；
所述第二传动组件包括第二齿轮以及第二摆臂，所述第二齿轮设置在所述第二摆臂的一端，用于与所述齿轮部配合实现传动连接，所述第二摆动件设置于所述第二摆臂的另一端；
其中，所述齿轮部呈圆形，所述第一齿轮与所述第二齿轮连接于所述转盘直径方向上的两端。
4.如权利要求3所述的角动量自守恒机构，其特征在于，所述第一齿轮与所述第二齿轮采用锥形齿轮。
5.如权利要求3所述的角动量自守恒机构，其特征在于，所述第一摆动件为所述载荷，所述第一摆动机构还包括第三摆动件，所述第三摆动件设置于所述第一摆臂上，以随所述载荷同步摆动；
其中，所述第一摆动件位于所述第二摆动件靠近所述转盘的一侧，所述第三摆动件位于所述第二摆动件远离所述转盘的另一侧。
6.如权利要求1所述的角动量自守恒机构，其特征在于，所述角动量自守恒机构还包括控制系统，通过所述控制系统控制所述载荷的摆动角度以及摆动频率。
7.如权利要求1所述的角动量自守恒机构，其特征在于，所述载荷为成像装置。
8.一种卫星，其特征在于，包括卫星本体、载荷以及如权利要求1至7中任一项所述的角动量自守恒机构，所述载荷通过所述角动量自守恒机构连接于所述卫星本体上，使所述载荷相对所述卫星本体可摆动。
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