DE102008022725A1

DE102008022725A1 - Fluiddynamischer Aktuator

Info

Publication number: DE102008022725A1
Application number: DE102008022725A
Authority: DE
Inventors: Daniel Noack
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2009-11-12

Abstract

Fluiddynamischer Aktuator für die Lageregelung oder Drallstabilisierung von Satelliten, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch leitfähiges Fluid mittels einer elektromagnetischen Pumpe auf einer geschlossenen Bahn bewegt wird.

Description

1. Stand der Technik
Um Satelliten eine Drallstabilisierung zu geben werden heute Drallräder eingesetzt.
Um einen Satelliten um seine drei rotatorischen Freiheitsgrade zu drehen, werden Drallbeeinflussende Aktuatoren eingesetzt.
Diese werden grob in Drallaustauschende Aktuatoren (Reaktionsräder) und Drallabgebende Aktuatoren (Magnetspulen und Triebwerke) eingeteilt.
Vorrangig werden heute Reaktionsräder in der Lageregelung eingesetzt. Diese tauschen den Drall zwischen dem Satelliten und der rotierenden Masse aus.
Der Gesammtdrall bleibt konstant.
Das Problem der Reaktionsräder (engl. reaction wheels) und Drallrädern (engl. momentum wheels) liegt bei den Lagern, deren Schmierung im Vakuum technisch aufwendig ist. So gibt es Lösungen, die Reaktionsräder vom Vakuum abzudichten und der Einsatz von Vakuumtauglichen Schmierstoffen.
Aus den Patent JP 1262299 ist ein Fluiddynamischer Aktuator für Satelliten bekannt, welcher eine Flüssigkeit in einem Kreislauf pumpt.
Aus dem Patent JP 4055198 ist ein Fluiddynamischer Aktuator für Satelliten bekannt, welcher eine magnetische Flüssigkeit durch zwei um 90° Phasenverschobene Wanderfelder bewegt. Elektromagnetische Pumpen sind bekannt z. B. aus dem Reichspatent Nr. 319231.
2. Beschreibung der Erfindung
Kern der Erfindung ist ein System, dass ein elektrisch leitendes Fluid (1) durch ein elektromagnetisches System (3), auf einer geschlossen Bahn (siehe 1) beschleunigt.
Im einfachsten Fall ist dies ein geschlossenes Ringförmiges Rohr (2), in dem sich ein elektrisch leitendes flüssiges Metall, z. B. Quecksilber oder Galinstan, befindet.
Das System ist mit dem Satelliten fest verbunden.
Dieses Fluid wird durch ein elektromagnetisches System beschleunigt.
Das elektromagnetische System kann eine induktive oder eine konduktive elektromagnetische Pumpe sein.
2 zeigt eine konduktive elektromagnetische Pumpe
Ein Elektrisch leitendes Fluid F befindet sich in einem Kanal (1) und es wirkt die Lorenzkraft auf das Fluid F, wenn ein Elektrischer Strom (I) und ein Magnetfeld (B) wirken, so dass das Fluid in Richtung R getrieben wird. Wird der Kanaleingang durch ein Ringförmiges Rohr mit dem Kanalausgang verbunden, wird das Fluid F auf einer Kreisbahn beschleunigt und gibt den Reaktionsdrall an den Satelliten ab, so dass dieser sich in Drehung versetzt.
Die Stromstärke I kann variiert werden um den Pumpendruck und damit die Fluidgeschwindigkeit und damit den Drall zu beeinflussen.
Die Bewegungsrichtung lässt sich auch umkehren durch ändern der Magnetfeldrichtung bzw. der Stromrichtung.
Verschiedene Verfahren sind unter den Begriffen „elektromagnetische Induktionspumpen” und „elektromagnetische Pumpen” bekannt.
Durch das beschleunigen des Fluids wird der entstehende Reaktionsdrall auf den Satelliten übertragen, und dieser in die gewünschte Lage gedreht, bzw. Drallstabilisiert.
Der Vorteil der Erfindung liegt in der Quasi Verschleißfreiheit, der hohen Zuverlässigkeit, dem großen Widerstand gegen Schockwirkungen (Erschütterungen) und einem durch den längeren Hebel r, größeren möglichen Moment und Drall, bei gleicher Feldwirkung und rotierender Masse.
Des Weiteren sind auch Aktuatoren, die Speziell in Form des Satellitenrahmens geformt sind vorstellbar.
Im Vergleich zum japanischen Patent JP 4055198 ist, neben dem physikalischem Funktionsprinzip, der technische Aufwand kleiner und der Wirkungsgrad der Erfindung größer.
Aus der Grundgleichung für den Drall D = r × mv, ist ersichtlich, dass der Drall zum Abstand r, zur Umfangsgeschwindigkeit v und zur rotierenden Masse m proportional ist.
Reaktionsräder erreichen eine typische Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Masse m von ca. 10–30 m/s, und dass Verhältnis von Schwungmassenradius r zum Satellitenradius Sr von ca. 1/5–1/10.
Da die Erfindung im Satellitenrahmen integriert sein kann, ist es möglich die Fluidgeschwindigkeit niedrig zu halten, bzw. die nötige Masse zu verkleinern.
3. Anwendungen
Die Erfindung ist bei allen Raumflugkörpern anwendbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 1262299 [0007]
- JP 4055198 [0008, 0022]

Claims

Fluiddynamischer Aktuator für die Lageregelung oder Drallstabilisierung von Satelliten, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch leitfähiges Fluid mittels einer elektromagnetischen Pumpe auf einer geschlossenen Bahn bewegt wird.
Fluiddynamischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid vorzugsweise Flüssigmetall dient.
Fluiddynamischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser durch mindestens eine Permanentmagnetfeld gestützte elektromagnetische Pumpe betrieben wird.
Fluiddynamischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser durch mindestens eine Induktionspumpe betrieben wird.
Fluiddynamischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Thermalregelungssystem enthält.
Fluiddynamischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Fluidbahn Kreisförmig ist
Fluiddynamischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Fluidbahn der Satellitenform angepasst ist.