RU2269460C2 - Solar sailing craft - Google Patents
Solar sailing craft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2269460C2 RU2269460C2 RU2003128353/11A RU2003128353A RU2269460C2 RU 2269460 C2 RU2269460 C2 RU 2269460C2 RU 2003128353/11 A RU2003128353/11 A RU 2003128353/11A RU 2003128353 A RU2003128353 A RU 2003128353A RU 2269460 C2 RU2269460 C2 RU 2269460C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pneumatic
- hoop
- gimbal
- flexible
- ball
- Prior art date
Links
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 4
- 206010040925 Skin striae Diseases 0.000 description 3
- 208000031439 Striae Distensae Diseases 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 210000005069 ears Anatomy 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005372 Plexiglas® Polymers 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
- B64G1/407—Solar sailing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Toys (AREA)
- Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
- Adornments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к космической технике, конкретно к конструкциям солнечного парусного корабля (СПК), использующимся для управления движением солнечного светового давления. Кроме того, СПК может применяться в качестве отражателя для освещения наземных объектов в ночное время.The invention relates to space technology, specifically to the construction of a solar sailing ship (SEC), used to control the movement of solar light pressure. In addition, SPK can be used as a reflector for illuminating ground objects at night.
Сущность изобретения состоит в том, что СПК содержит основной и дополнительный парусы кольцевой формы. Они установлены на карданных подвесах. Дополнительный парус выполняет функцию компенсатора кинетического момента основного паруса. Управляя относительной угловой скоростью вращения дополнительного паруса, достигается ориентация относительно продольной оси корабля. Ориентация относительно поперечных осей достигается за счет процессии системы при изменении ориентации дополнительного паруса, установленного на карданном подвесе.The essence of the invention lies in the fact that the SEC contains the main and additional sails of a ring shape. They are mounted on gimbal suspensions. The additional sail acts as a compensator for the kinetic moment of the main sail. By controlling the relative angular speed of rotation of the additional sail, orientation is achieved relative to the longitudinal axis of the ship. Orientation relative to the transverse axes is achieved due to the procession of the system when changing the orientation of the additional sail mounted on the gimbal.
Изобретение относится к использованию солнечной энергии для обеспечения движения космического аппарата (КА) с помощью солнечного паруса, воспринимающего световое давление.The invention relates to the use of solar energy to ensure the movement of a spacecraft (SC) using a solar sail, perceiving light pressure.
Известен КА с солнечным парусом, содержащий корпус, гибкую поверхность, средство ее формирования, включающее устройство закрутки и средство управления ориентацией гибкой отражающей поверхности [1]. Конструкция КА, взятого в качестве аналога, неэффективна из-за потери полезной площади паруса и увеличения удельной массы СПК на единицу площади поверхности.Known spacecraft with a solar sail, comprising a hull, a flexible surface, a means of its formation, including a spin device and a means of controlling the orientation of the flexible reflective surface [1]. The design of the spacecraft, taken as an analogue, is ineffective due to the loss of the effective area of the sail and an increase in the specific gravity of the SEC per unit surface area.
Наиболее близким из известных технических решений является космический аппарат с солнечным парусом [2], который может быть указан в качестве прототипа.The closest known technical solutions is a spacecraft with a solar sail [2], which can be specified as a prototype.
Прототип содержит корпус, гибкую поверхность, средство ее формирования, включающее устройство закрутки и средство управления ориентацией гибкой отражающей поверхности. Корпус КА выполнен в виде двух шарнирно соединенных частей, с одной из которых связана гибкая отражающая поверхность. При этом средство формирования снабжено установленным на другой части корпуса трансформируемым маховиком, выполненным в виде дополнительной гибкой отражающей поверхности. Устройство закрутки выполнено в виде механизма противовращения основного и дополнительного парусов. Средство управления ориентацией основной гибкой отражающей поверхности в пространстве выполнено в виде устройства изменения угла между продольными осями частей корпуса.The prototype contains a housing, a flexible surface, a means for its formation, including a spin device and means for controlling the orientation of the flexible reflective surface. The spacecraft body is made in the form of two pivotally connected parts, one of which is connected to a flexible reflective surface. In this case, the forming means is equipped with a transformable flywheel mounted on another part of the housing, made in the form of an additional flexible reflective surface. The spin device is made in the form of a counter-rotation mechanism of the main and additional sails. The control tool for the orientation of the main flexible reflective surface in space is made in the form of a device for changing the angle between the longitudinal axes of the housing parts.
К недостаткам прототипа относится сложность конструкции механизма излома продольной оси КА в двухстепенном шарнире, с помощью которого достигается ориентация системы относительно поперечных осей.The disadvantages of the prototype include the complexity of the design of the mechanism of fracture of the longitudinal axis of the spacecraft in a two-stage hinge, with which the orientation of the system relative to the transverse axes is achieved.
Кроме того, средство формирования гибкой поверхности, включающее устройство закрутки, также имеет сложную конструкцию и большой вес.In addition, the flexible surface forming means including the twist device also has a complex structure and a large weight.
Указанные недостатки прототипа приводят к увеличению удельной массы СПК на единицу площади поверхности.These disadvantages of the prototype lead to an increase in the specific gravity of the SEC per unit surface area.
Технической задачей данного изобретения является уменьшение инертности управления солнечным парусом (СП), развертывание гибкой поверхности СП по заданной программе, а также увеличение тяги СПК и массы полезного груза за счет уменьшения удельной массы СП на единицу площади поверхности.The technical task of this invention is to reduce the inertia of control of the solar sail (SP), the deployment of a flexible surface of the joint venture according to a given program, as well as an increase in the thrust of the SEC and the mass of the payload by reducing the specific mass of the joint venture per unit surface area.
Данная техническая задача решается за счет того, что в солнечном парусном корабле, содержащем корпус, основную и дополнительную гибкие поверхности, средства формирования и управления ориентацией основной и дополнительной гибких поверхностей выполнены в виде пневмосистем, включающих в себя концентричные пневмокамеры и радиальные стойки, состоящие из отдельных пневмоячеек формы тора или шара.This technical problem is solved due to the fact that in a solar sailing ship containing a hull, main and additional flexible surfaces, the means for forming and controlling the orientation of the main and additional flexible surfaces are made in the form of pneumatic systems, including concentric pneumatic chambers and radial racks, consisting of separate pneumatic cells form a torus or ball.
Средства управления гибких отражающих поверхностей выполнены в виде карданных подвесок с электроприводами.Controls of flexible reflective surfaces are made in the form of cardan suspensions with electric drives.
На внешних рамах карданных подвесок установлены соответствующие средства формирования отражающих плоских поверхностей и устройства для их раскрутки, выполненные в виде пневмосистем.On the external frames of the gimbal suspensions are installed the appropriate means of forming reflective flat surfaces and devices for their promotion, made in the form of pneumatic systems.
Пневмосистемы при этом содержат в себе концентричные пневмокамеры и радиальные стойки. Они выполнены в виде гибкой трубки, внутри которой эквидистантно установлены клапана с отверстиями, которые пропускают газ только в одном направлении при превышении давления выше установленного уровня. Вокруг отверстий клапана на трубке наращены пневмоячейки формы тора или шара, взаимодействующие друг с другом.Pneumatic systems at the same time contain concentric pneumatic chambers and radial racks. They are made in the form of a flexible tube, inside of which there are equidistant valves with holes that allow gas to pass in only one direction when the pressure is higher than the set level. Around the valve openings on the tube, pneumatic cells of the shape of a torus or a sphere are interacting with each other.
На фиг.1 приведен общий вид СПК, где:Figure 1 shows a General view of the SEC, where:
1 - корпус;1 - housing;
2 - основная гибкая поверхность;2 - the main flexible surface;
3 - дополнительная гибкая поверхность;3 - additional flexible surface;
4, 5 - первый и второй карданные подвесы;4, 5 - the first and second cardan suspensions;
6, 7 - первое и второе устройства раскрутки;6, 7 - the first and second promotion devices;
8, 9 - первая и вторая пневмосистемы формирования поверхности.8, 9 - the first and second pneumatic systems of surface formation.
xiyizi; αiβi; (i=1,2) - система координат и углы поворота карданных подвесок 4 и 5;x i y i z i ; α i β i ; (i = 1,2) - the coordinate system and the rotation angles of the universal joints 4 and 5;
ωi (i=1,2) - угловые скорости вращения гибких поверхностей 2 и 3.ω i (i = 1,2) - the angular velocity of rotation of the flexible surfaces 2 and 3.
На фиг.2 приведена конструкция карданного подвеса с пневмосистемой формирования поверхности и устройством ее раскрутки, где:Figure 2 shows the design of the gimbal with a pneumatic system for surface formation and a device for its promotion, where:
10 - стойки установочные;10 - installation racks;
11, 12 - внутренняя и внешняя рамы карданного подвеса;11, 12 - inner and outer frames of the gimbal;
13, 14, 15 - первая, вторая и третья электродвигатели соответственно;13, 14, 15 - the first, second and third electric motors, respectively;
16 - обруч;16 - hoop;
17 - колесо;17 - a wheel;
18 - внутренняя пневмокамера.18 - internal pneumatic chamber.
На фиг.3 представлена конструкция устройства закрутки гибких поверхностей 8 или 9 (I вариант), где позиции 11-18 те же, что на фиг.2.Figure 3 shows the design of the device for swirling flexible surfaces 8 or 9 (I variant), where positions 11-18 are the same as in figure 2.
19 - канавка;19 - groove;
20 - уплотнительные прокладки;20 - sealing gaskets;
21 - штуцер;21 - fitting;
22 - шланг;22 - a hose;
23 - вентиль;23 - valve;
24 - подшипники;24 - bearings;
25 - подпружинное крепление подшипников.25 - spring mount bearings.
На фиг.4 приведена конструкция второго варианта устройства раскрутки, где позиции 11-24 те же, что на фиг.3.Figure 4 shows the design of the second variant of the promotion device, where the positions 11-24 are the same as in figure 3.
26 - обмотка ротора;26 - winding of the rotor;
27 - обмотка статора;27 - stator winding;
28 - металлические кольца;28 - metal rings;
29 - диэлектрические кольца;29 - dielectric rings;
30 - щетки;30 - brushes;
31 - электропровода.31 - electric wires.
На фиг.5 приведен общий вид пневмосистемы формирования поверхности 6 и 7, где:Figure 5 shows a General view of the pneumatic system of surface formation 6 and 7, where:
18 - внутренняя пневмокамера;18 - internal pneumatic chamber;
32 - внешняя пневмокамера;32 - external pneumatic chamber;
33 - средняя пневмокамера;33 - the average pneumatic chamber;
34 - радиальные стойки;34 - radial racks;
35 - растяжки;35 - stretch marks;
36 - гибкая отражающая планка.36 - flexible reflective strip.
На фиг.6 показано место установки клапана 37 для пневмоячеек тороидальной формы 38, переплетенных в цепь.Figure 6 shows the installation location of the
39 - трубка эластичная;39 - elastic tube;
На фиг.7 клапана 37 соединяют между собой последовательно пневмоячейки тороидальной формы 40, образуя «гирлянду».7,
На фиг.8 клапана соединяют между собой пневмоячейки формы шара 41.In Fig. 8, the valves are connected together by pneumatic cells of the shape of a
На фиг.9 приведена конструкция первого варианта клапана 37, где:Figure 9 shows the design of the first embodiment of the
42 - втулка цилиндрическая;42 - the sleeve is cylindrical;
43 - шарик;43 - ball;
44 - пружина;44 - spring;
45 - заглушка;45 - a stub;
46 - отверстия;46 - holes;
47 - электропровод;47 - electrical wire;
48 - спираль.48 is a spiral.
На фиг.10 приведена конструкция второго варианта клапана 37, где:Figure 10 shows the design of the second variant of the
49 - позиции 45-48 те же, что на фиг.7; вторая цилиндрическая втулка;49 - positions 45-48 are the same as in Fig.7; second cylindrical sleeve;
50 - эластичные полоски;50 - elastic strips;
51 - заглушка вторая;51 - a second stub;
52 - отверстие в гибкой трубке.52 - hole in the flexible tube.
На фиг.11 приведен вид А по фиг.10.Figure 11 shows a view of figure 10.
Солнечный парусный корабль (СПК) функционирует следующим образом.Solar sailing ship (SPK) operates as follows.
СПК содержит цельный корпус 1, основной 2 и дополнительный 3 паруса. В транспортном состоянии паруса уложены и занимают небольшой объем. Паруса установлены на однотипных карданных подвесах. При управлении и изменении ориентации парусов относительно поперечных осей ОХi и OYi центры их Оi не меняют свое положение, что существенно упрощают алгоритмы их управления.SPK contains one-
Основная гибкая отражающая поверхность (парус 2) устанавливается с помощью первого карданного подвеса 4. Карданный подвес поворачивает парус 2 вокруг осей O1X1 и O1Y1 на углы ±α1 и ±β1, соответственно. При этом плоскость паруса (X1O1Y1) при любом его положении проходит через начало координат O1. Аналогично, с помощью второго карданного подвеса 5 устанавливается вторая дополнительная гибкая поверхность (парус 3). Поворачивая вокруг осей O2Х2 и O2Y2 ±α2 ±β2 обеспечивается изменение ориентации дополнительного паруса 3.The main flexible reflective surface (sail 2) is installed using the first gimbal 4. The gimbal rotates the sail 2 around the axes O 1 X 1 and O 1 Y 1 by angles ± α 1 and ± β 1 , respectively. The plane of the sail (X 1 O 1 Y 1 ) at any position passes through the origin O 1 . Similarly, with the help of a second gimbal suspension 5, a second additional flexible surface (sail 3) is installed. Turning around the axes O 2 X 2 and O 2 Y 2 ± α 2 ± β 2 provides a change in the orientation of the additional sail 3.
Начало координат O1 и O2, через которые проходят плоскости парусов 2 и 3, совпадает с продольной осью корпуса СПК цилиндрической формы.The origin of coordinates O 1 and O 2 , through which the planes of sails 2 and 3 pass, coincides with the longitudinal axis of the hull of the SEC of cylindrical shape.
На внешних рамках карданных подвесов 4 и 5 устанавливаются первое 6 и второе 7 устройства раскрутки соответственно.On the outer frames of the gimbal suspensions 4 and 5, the first 6 and second 7 promotion devices are installed, respectively.
Устройства раскрутки обеспечивают вращение основного и дополнительного парусов с угловыми скоростями вращения +ω1, и -ω2 в противоположных направлениях.Spinning devices provide rotation of the main and additional sails with angular speeds of rotation + ω 1 , and -ω 2 in opposite directions.
На вращающихся обручах 17 устройств раскрутки 6 и 7 устанавливают первую 8 и вторую 9 пневмосистемы формирования поверхности соответственно.On the rotating
Основной парус 2 выполнен кольцевой формы. Внутренний диаметр кольца равен внешнему диаметру дополнительного паруса 3. Дополнительный парус выполняет функцию компенсатора кинетического момента основного паруса. Одновременно дополнительный парус увеличивает эффективную площадь СП на аналогично прототипу [2].The main sail 2 is ring-shaped. The inner diameter of the ring is equal to the outer diameter of the additional sail 3. The additional sail acts as a compensator for the kinetic moment of the main sail. At the same time, an additional sail increases the effective area of the joint venture by similar to the prototype [2].
В отличие от прототипа для раскрытия основного и дополнительного парусов используются пневмосистемы формирования плоских поверхностей 8 и 9 [3].In contrast to the prototype, the pneumatic systems for the formation of flat surfaces 8 and 9 are used to reveal the main and additional sails [3].
Кроме этого, взамен двухстепенного шарнира приводом, используемом в управлении углом излома продольной оси корпуса СП в прототипе [2], в предлагаемом техническом решении используется карданный подвес 5.In addition, instead of a two-stage hinge with a drive used to control the angle of fracture of the longitudinal axis of the joint venture in the prototype [2], the proposed technical solution uses a gimbal 5.
Если для изменения трехосной ориентации СПК с основным парусом 2 используются гироскопические эффекты, то необходимость в первом карданном подвесе 4 отпадает.If gyroscopic effects are used to change the triaxial orientation of the SEC with the main sail 2, then the need for the first gimbal suspension 4 disappears.
Управлением относительной угловой скоростью ω2 вращения дополнительного паруса достигается ориентация относительно продольной оси корабля.By controlling the relative angular velocity ω 2 of rotation of the additional sail, orientation with respect to the longitudinal axis of the ship is achieved.
Ориентация относительно поперечных осей OX1 и OY1 достигается за счет процессии системы при изменении углового положения между осями O1Z1 и О2Z2 карданных подвесов в двух плоскостях управления ZO1X1 и ZO1Y1.Orientation with respect to the transverse axes OX 1 and OY 1 is achieved due to the procession of the system when the angular position between the axes O 1 Z 1 and O 2 Z 2 of the cardan suspensions in two control planes ZO 1 X 1 and ZO 1 Y 1 changes.
При вращении парусов в разные стороны система сохраняет нулевой кинетический момент при эксплуатации и удерживается конфигурация гибких поверхностей.When the sails rotate in different directions, the system preserves the zero kinetic moment during operation and the configuration of flexible surfaces is maintained.
На фиг.2 приведена кинетическая схема размещения карданного подвеса (4 или 5) и устройства закрутки (6 или 7) пневмосистемы формирования гибких плоских поверхностей (8 или 9).Figure 2 shows the kinetic layout of the gimbal (4 or 5) and the spin device (6 or 7) of the pneumatic system for the formation of flexible flat surfaces (8 or 9).
Карданные подвесы устанавливаются на цилиндрическом корпусе СПК концентрично его внешней поверхности с помощью двух стоек совмещенными с вертикальной осью его вращения (O1Y1).Cardan suspensions are mounted on the cylindrical housing of the SEC concentrically to its outer surface with the help of two struts combined with the vertical axis of its rotation (O 1 Y 1 ).
Внутренняя 11 и внешняя 12 рамы карданного подвеса поворачиваются соответственно вокруг взаимоперпендикулярных осей OiYi и OiXi на углы ±αi и ±βi (i=1,2). Начало координат (O1 и O2) совмещено с продольной осью конуса СПК. Кроме того, плоскость X1O1Z1 совмещена с плоскостью X2O2Z2, a плоскость Y1O1Z1 - с Y2X2Z2.The inner 11 and outer 12 gimbal frames rotate respectively around the mutually perpendicular axes O i Y i and O i X i by angles ± α i and ± β i (i = 1,2). The origin (O 1 and O 2 ) is aligned with the longitudinal axis of the cone SPK. In addition, the X 1 O 1 Z 1 plane is aligned with the X 2 O 2 Z 2 plane, and the Y 1 O 1 Z 1 plane is aligned with Y 2 X 2 Z 2 .
Такое совмещение систем управления карданными подвесами и размещение их относительно корпуса 1 цилиндрической формы существенно упрощает алгоритмы управления и ориентации СПК.This combination of control systems for gimbal suspensions and their placement relative to the
На конце верхней стойки 10 неподвижно установлен первый электродвигатель (ЭД1) 13. Ось вращения ротора этого двигателя совпадает с осью OiYi и связана неподвижно с внутренней рамой карданного подвеса (11 или 12). Статор второго электродвигателя (ЭД2) 14 неподвижно соединен с внутренней рамой 11 соответствующего карданного подвеса.At the end of the
Ось вращения ротора этого двигателя совпадает с осью вращения OiXi внешней рамы карданного подвеса 12.The axis of rotation of the rotor of this engine coincides with the axis of rotation O i X i of the outer frame of the universal
На внешней раме 12 установлен обруч 16 с возможностью свободного вращение вокруг нее. Для этой цели используется третий электродвигатель ЭД3 15. Статор этого двигателя неподвижно соединен с внутренней рамой карданного подвеса 11. При этом на валу двигателя шарнирно установлена внешняя рама карданного подвеса 12, которая свободно вращается вокруг него. На валу двигателя ЭД установлено колесо 17, которое взаимодействует с обручем и приводит его во вращение.A
На обруче 16 установлена внутренняя пневмокамера 18 соответствующей пневмосистемы формирования поверхности 8 или 9. Элементы конструкции 15-17 входят в устройство для закрутки гибких поверхностей 6 или 7 (см. фиг.2 и 3).An
Устройства закрутки обеспечивают вращение основной 2 и дополнительной 3 гибких поверхностей (парусов) в противоположных направлениях, компенсируя тем самым кинетические моменты друг друга.Spin devices provide rotation of the main 2 and additional 3 flexible surfaces (sails) in opposite directions, thereby compensating for the kinetic moments of each other.
Кроме того, вращение обруча 16 с пневмосистемой 8 или 9 за счет центробежных сил облегчает процессе раскрытия уложенных до этого гибких поверхностей и выдерживает их плоскую форму.In addition, the rotation of the
Конструкция устройства закрутки на фиг.3 содержит обруч 16 с концентричной круговой канавкой 19, которая пневматически соединена с внутренней полостью пневмокамеры 18. Такую же концентричную канавку имеет внешняя рама 12 карданного подвеса.The design of the swirl device in figure 3 contains a
Уплотнительные прокладки 20 кольцевой формы, уложенные в двух концентричных канавках во внешней раме, обеспечивают герметичность пневмосоединения между источником сжатого газа, установленным в корпусе СПК, и пневмосистемой формирования поверхности 8 или 9. Сжатый газ поступает в канавку 19 через штуцер 21, шланг 22 и вентиль 23.
Для обеспечения герметичности уплотнения между внешней рамой карданного подвеса 12 и обручем 16 используются подшипники 24, установленные с помощью перпендикулярных креплений по периметру рамы 12 через равные дистанции.To ensure the tightness of the seal between the outer frame of the
Для закрутки обруча 16 с установленной на нем пневмосистемой формирования поверхности может быть использован второй вариант конструкции устройства закрутки, представленный на фиг.4.For spinning the
Обмотка ротора 26 установлена на внешней раме карданного подвеса 12. Обмотка статора 27 размещена с внутренней стороны обруча 16. Взаимодействие электромагнитных полей этих обмоток приводит к вращению обруча и установленной на ней пневмосистемы формирования поверхности в ту или другую стороны в зависимости от полярности приложенного напряжения.The rotor winding 26 is mounted on the outer frame of the
Для подачи напряжения на вращающийся обруч используются металлические диэлектрические кольца 29. Последние, в свою очередь, установлены концентрично на боковую поверхность обруча. Для подачи напряжения на обмотку статора 27 используются щетки 30 и электропровода 31.To supply voltage to the rotating hoop, metal dielectric rings 29 are used. The latter, in turn, are mounted concentrically on the side surface of the hoop. To supply voltage to the stator winding 27, brushes 30 and
Гибкая поверхность представляет собой диэлектрическую пленку толщиной 4÷10 мкм с алюминиевым покрытием. Такая пленка отражает до 94% падающего солнечного излучения. При отражении излучения оно оказывает на пленку давление. Сила давления солнечного излучения постоянна во времени и используется в качестве двигателя СПК.The flexible surface is a dielectric film with a thickness of 4 ÷ 10 μm with an aluminum coating. Such a film reflects up to 94% of the incident solar radiation. When radiation is reflected, it exerts pressure on the film. The pressure force of solar radiation is constant in time and is used as the engine of the SEC.
Один гектор солнечного паруса достаточен для перемещения в космическом пространстве спутника с весом 160 кг [1].One hector of the solar sail is sufficient to move in outer space satellite weighing 160 kg [1].
Основные проблемы создания космического паруса: первая как сделать его легким; вторая - как управлять им в пространстве.The main problems of creating a space sail: the first is how to make it easy; the second is how to control it in space.
Предлагаемое техническое решение позволяет решить обе эти проблемы. Для раскрытия гибкой отражающей поверхности (паруса) используется пневмосистема формирования поверхности 8, 9 на фиг.5 [3].The proposed technical solution allows to solve both of these problems. To disclose a flexible reflective surface (sail), a pneumatic system for forming the surface 8, 9 in Fig. 5 [3] is used.
Пневмосистема состоит из внутренней 18 и внешней 33 пневмокамер, соединенных друг с другом пневматически с помощью радиальных стоек 33.The pneumatic system consists of an internal 18 and an external 33 pneumatic chambers, pneumatically connected to each other using radial struts 33.
Внутренняя пневмокамера 18 имеет форму тора - велосипедной камеры и установлена на вращающемся обруче 16.The internal
Внешняя пневмокамера 32 и радиальные стойки 33 формируются из отдельных пневмоячеек формы тора (бублика) или шара, соединенных между собой трубкой из гибкого материала [3].The external
В предлагаемом техническом решении используются еще два варианта конструкции пневмосистемы (см. фиг.5-7).In the proposed technical solution, two more design options of the pneumatic system are used (see Figs. 5-7).
Аналогично известному отражателю [3] пневмосистема при ее заполнении газом принимает форму велосипедного колеса.Similarly to the known reflector [3], the pneumatic system, when filled with gas, takes the form of a bicycle wheel.
С помощью растяжек 34, прикрепленных к ушкам, наращенным по бокам внутренней пневмокамеры 18, и пневмоячеек внешней камеры 32 осуществляется раскрытие гибкой поверхности (отражающей пленки).Using
В отличие от известного отражателя излучения [3] в данном варианте пневмосистемы пневмоячейки, формирующие радиальные стержни и внешнюю пневмокамеру, соединены друг с другом через клапана 37.In contrast to the known radiation reflector [3], in this embodiment, the pneumatic systems of the pneumatic cell forming radial rods and the external pneumatic chamber are connected to each other via
Клапана обеспечивают определенную заранее заданную последовательность заполнения пневмоячеек газом и повышают надежность работы пневмосистемы. Это связано с тем, что потеря герметичности отдельных пневмоячеек не влияет на работоспособность всей системы в целом.The valves provide a predetermined sequence of filling the pneumatic cells with gas and increase the reliability of the pneumatic system. This is due to the fact that the loss of tightness of individual pneumatic cells does not affect the performance of the entire system as a whole.
Пневмосистемы формирования поверхности 8 и 9 основной 2 и дополнительной 3 гибких поверхностей имеют небольшое отличие в своей конструкции. Первая пневмосистема формирования поверхности 8 содержит в себе дополнительно среднюю пневмокамеру 33 диаметром, равным диаметру внешней пневмокамеры 32 второй пневмосистемы 9. Кроме того, во второй пневмосистеме гибкая поверхность (отражающая пленка) 2 растягивается между внутренней 18 и внешней 32 пневмокамерами.Pneumatic systems of surface formation 8 and 9 of the main 2 and additional 3 flexible surfaces have a slight difference in their design. The first pneumatic system for surface formation 8 contains an additional middle
В первой пневмосистеме отражающая пленка растягивается между средней 33 и внешней 32 пневмокамерами. При растяжении гибкая поверхность (основной парус) 2 принимает форму кольца с внутренним диаметром, равным внешнему диаметру дополнительного паруса 3.In the first pneumatic system, the reflective film is stretched between the middle 33 and external 32 pneumatic chambers. When stretched, the flexible surface (main sail) 2 takes the form of a ring with an inner diameter equal to the outer diameter of the additional sail 3.
Таким образом, суммарная площадь основного и дополнительного парусов равна гдеThus, the total area of the main and additional sails is Where
Rвн.осн. - радиус внешней пневмокамеры основного паруса.R int. - radius of the external air chamber of the main sail.
При открытии вентиля 23 сжатый газ через шланг 22 и штуцер 21 поступает во внутреннюю пневмокамеру 18.When opening the
После его заполнения и достижения давления уровня срабатывания клапана 37 начинается процесс заполнения и раскрытия радиальных стержней 34. Процесс идет по эстафетному принципу. От первой пневмоячейки подпитывается вторая, а затем третья и т.д. После заполнения всех ячеек радиальной стойки 32 начинается процесс заполнения пневмоячеек 38 (40, 41) внешней пневмокамеры 32 дополнительного паруса 3 или средней пневмокамеры основного паруса 2. Может быть и другой вариант - одновременное заполнение средней и внешней пневмокамер. Это обеспечивается конструкцией пневмопровода, состоящей из трубок 39, ячеек 38, 40, 41 и клапанов 37.After filling it and reaching the pressure of the actuation level of the
Процесс раскрытия гибких поверхностей (парусов) может быть ускорен путем использования центробежных сил. Для этого на определенных этапах раскрытия гибких поверхностей необходимо привести в действие устройства раскрутки 6 и 7.The disclosure of flexible surfaces (sails) can be accelerated by the use of centrifugal forces. For this, at certain stages of the disclosure of flexible surfaces, it is necessary to actuate the promotion devices 6 and 7.
Центробежные силы повысят также надежность конструкций пневмосистем формирования поверхностей и улучшат коэффициент качества натяжения отражающих пленок основного и дополнительного парусов.Centrifugal forces will also increase the reliability of the design of pneumatic systems for surface formation and improve the quality factor of the tension of the reflective films of the main and additional sails.
На фиг.6 показан участок цепи, сплетенный из пневмоячеек тороидальной формы 38. При заполнении тора и трубки 39 газом тор принимает круглую форму, а трубка - прямолинейную. Так как 1/3 часть трубки проходит по диаметру соседних пневмоячеек, торы становятся в один ряд, а трубка 39 выпрямляется. Так формируются радиальные стойки 34.Figure 6 shows a section of the chain, woven from pneumatic cells of a
Если концы трубки соединить, как это сделано во внешней 32 и средней 33 пневмокамерах, то выпрямляющее усилие, создаваемое пневмоячейками (торами) 38, придаст пневмокамерам 32 и 33 круглую форму. Вся пневмосистема при этом примет форму велосипедного колеса.If the ends of the tube are connected, as is done in the external 32 and middle 33 pneumatic chambers, then the rectifying force created by the pneumatic cells (tori) 38 will give the
С помощью ушек, наращенных на пневмоячейках, и растяжек раскрывают гибкую отражающую поверхность (парус) [3].With the help of ears built up on pneumatic cells and stretch marks, a flexible reflective surface (sail) is revealed [3].
Для повышения прочности отражающая пленка может быть «армирована» радиальными и концентрированными нитками из высокопрочных материалов.To increase the strength, the reflective film can be “reinforced” with radial and concentrated threads of high-strength materials.
На фиг.7 представлен участок «гирлянды», состоящий из контактируемых друг другом тороидальных пневмоячеек 40, по диаметру которых проходит трубка 39. На границе раздела пневмоячеек установлены клапана 37, которые пропускают газ в одном направлении при превышении давления выше порогового уровня P1. В этом случае для выпрямления трубки 39 используется сила взаимодействия между пневмоячейками (торами) круглой формы, имеющими одну точку касания.Figure 7 shows a section of "garland" consisting of toroidal
На фиг.8 для формирования «гирлянды» использованы пневмоячейки формы шара 41, которые через клапана 37 пневмоячейки соединены друг с другом.In Fig. 8, pneumatic cells of the shape of a
Выпрямление трубки 39 происходит в результате взаимодействия шаровых пневмоячеек, имеющих одну точку касания [3].The straightening of the
На фиг.9 представлена конструкция первого варианта клапана 37. Клапан состоит из цилиндрической втулки 42, внутри которой установлены шарик 43 и пружина 44. Одним концом пружина опирается в шарик, другим - в заглушу 45. Отверстие в трубке с другого конца имеет меньшее сечение. Подпружинный шарик герметично закрывает отверстие в трубке. Шарик пропускает газ в соседнюю пневмоячейку только тогда, когда давление в предыдущей ячейке становится выше уровня P1. При превышении этого уровня пружина 44 сжимается и шарик пропускает газ в следующую пневмоячейку через отверстие 46 во втулке 42 и трубке 39.Figure 9 shows the construction of the first variant of the
Таким образом, последовательно одна за другой заполняются все пневмоячейки, формируя радиальные стойки 34, а также среднюю 33 и внешнюю 32 пневмокамеры.Thus, one by one, all the pneumatic cells are filled one after another, forming radial struts 34, as well as the middle 33 and external 32 pneumatic chambers.
На фиг.10 приведена конструкция второго варианта клапана 37. Клапан состоит также из цилиндрической (второй) втулки 49, шарика 43 и двух эластичных полосок 50, закрепленных взаимно перпендикулярно, и второй заглушки 51. Отверстие 52 в гибкой трубке совпадает с отверстием 46 клапана.Figure 10 shows the construction of the second variant of the
В отличие от первого варианта (фиг.9) шарик закрывает отверстие во втулке 49 за счет сил растяжения эластичных полосок 50. При повышении давления выше установленного уровня P1 эластичные полоски растягиваются, шарик отжимается и газ через отверстия 46 поступает в следующую пневмоячейку.Unlike the first option (Fig. 9), the ball closes the hole in the
Таким образом, заполняется вся пневмосистема в целом.Thus, the entire pneumatic system as a whole is filled.
В случае повреждения отдельных пневмоячеек система сохраняет свою форму, т.к. клапана не пропускают газ в сторону поврежденной пневмоячейки. Таким образом, повышается надежность и долговечность работы всей системы в целом.In case of damage to individual pneumatic cells, the system retains its shape, as valves do not allow gas to flow towards a damaged pneumatic cell. Thus, the reliability and durability of the entire system as a whole increases.
При необходимости свертывания (сборки) пневмосистемы в конструкции клапанов могут быть внесены следующие конструктивные изменения.If necessary, coagulation (assembly) of the pneumatic system in the design of the valves can be made the following design changes.
По всей трубке 39, проходящей через радиальные стойки 34 и пневмокамеры 32 и 33, необходимо пропустить электрический проводник 47, соединяющий друг с другом спиральки 48. Спиральки изготавливаются из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением (например, нихрома). Спиральки устанавливаются внутри шариков 43 (50). Шарики, в свою очередь, изготавливаются из материала, который легко расплавляется при его нагреве (например, из оргстекла). Когда система отработает свой срок, концы электропровода 47 подключаются к источнику ЭДС. Проходящий через спирали ток нагревает их. Это приводит к расплавлению шариков. При этом клапана 37 теряют свои свойства, трубка 39 становится сквозной. Отключив шланг 22 от вентиля 23 и источника сжатого газа, выпускают содержимый в пневмосистеме газ в окружающее космическое пространство. Затем, подтягивая трубку 39 с электропроводом 47, можно свернуть всю пневмосистему вместе с гибкой отражающей пленкой.Throughout the
Данная конструкция СПК обладает большей надежностью, эффективностью (определяется отношением площади паруса к суммарной массе конструкции), меньшей удельной массой, что приводит к увеличению тяги СП и ускорения КА.This design of the SEC has greater reliability, efficiency (determined by the ratio of the sail area to the total mass of the structure), a lower specific gravity, which leads to an increase in the thrust of the SP and acceleration of the spacecraft.
Источники информацииInformation sources
1. Полякова Е.Н. Космический полет с солнечным парусом. Наука, 1986 г., с.138-441.1. Polyakova E.N. Space flight with a solar sail. Science, 1986, p. 138-441.
2. Сыромятников B.C., Брянец В.П., Коверина И.П. Космический аппарат с солнечным парусом. RU, патент №2053940; 6 B 64 G 1/40, 10.02.96 г., Бюл. №4 (прототип).2. Syromyatnikov B.C., Bryanets VP, Koverina IP Spacecraft with a solar sail. RU patent No. 2053940; 6 B 64
3. Алиев А.С. Отражатель излучения. RU, патент №2185695, 20.07.2002 г., Бюл. №20.3. Aliev A.S. Radiation reflector. RU, patent No. 2185695, 07.20.2002, bull. No. 20.
Claims (4)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003128353/11A RU2269460C2 (en) | 2003-09-19 | 2003-09-19 | Solar sailing craft |
PCT/RU2004/000356 WO2005028309A2 (en) | 2003-09-19 | 2004-09-13 | Solar wind-driven craft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003128353/11A RU2269460C2 (en) | 2003-09-19 | 2003-09-19 | Solar sailing craft |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003128353A RU2003128353A (en) | 2005-03-27 |
RU2269460C2 true RU2269460C2 (en) | 2006-02-10 |
Family
ID=34374505
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003128353/11A RU2269460C2 (en) | 2003-09-19 | 2003-09-19 | Solar sailing craft |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2269460C2 (en) |
WO (1) | WO2005028309A2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2325740C2 (en) * | 2006-05-02 | 2008-05-27 | Абдулла Сиражутдинович АЛИЕВ | Openable film-based radiation reflector (versions) |
CN102923315B (en) * | 2012-11-22 | 2014-04-16 | 哈尔滨工业大学 | Inflation/deflation type air bag unfolding and coiling device |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU40408A1 (en) * | 1933-12-23 | 1934-12-31 | Б.Н. Костылев | Device in air brakes for their inexhaustible |
RU2053940C1 (en) * | 1992-07-14 | 1996-02-10 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Space vehicle with solar sail |
RU2091967C1 (en) * | 1994-02-08 | 1997-09-27 | Кубанский государственный технологический университет | Two-way electrical machine |
WO2000061894A2 (en) * | 1999-03-22 | 2000-10-19 | Ilc Dover, Inc. | Space erected inflatable structure |
RU2163024C2 (en) * | 1999-04-19 | 2001-02-10 | Амиров Саид Джапарович | Object lighting system |
RU2185695C1 (en) * | 2000-10-12 | 2002-07-20 | АЛИЕВ Абдулла Сиражутдинович | Radiation reflector |
US6565044B1 (en) * | 2002-03-14 | 2003-05-20 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Combination solar sail and electrodynamic tether propulsion system |
-
2003
- 2003-09-19 RU RU2003128353/11A patent/RU2269460C2/en not_active IP Right Cessation
-
2004
- 2004-09-13 WO PCT/RU2004/000356 patent/WO2005028309A2/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003128353A (en) | 2005-03-27 |
WO2005028309A3 (en) | 2005-05-26 |
WO2005028309A8 (en) | 2005-06-23 |
WO2005028309A2 (en) | 2005-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4500259A (en) | Fluid flow energy converter | |
US20100148512A1 (en) | Apparatus for generating electricity from flowing fluid using generally prolate turbine | |
WO2013151678A1 (en) | Airborne wind energy conversion system with endless belt | |
CN109533316B (en) | But differential displacement paddle and helicopter rotor system | |
RU2269460C2 (en) | Solar sailing craft | |
US20040080841A1 (en) | Radiation reflector | |
JPS6159960B2 (en) | ||
CN113665768A (en) | Octopus robot for ocean detection | |
KR20160149307A (en) | Control moment gyroscope module for satellites | |
US20210095616A1 (en) | Flying vehicle and propulsion device thereof | |
AU2021401659A1 (en) | Outer membrane for aerial vehicles | |
CN206004783U (en) | It is applied to the double Shell mechanism of photoelectric nacelle | |
CN106143934B (en) | Photoelectric nacelle | |
CN110770435A (en) | Sail device | |
CN205998155U (en) | It is applied to the inner shell structure of gondola | |
CN208102290U (en) | It is a kind of can 360 ° water suction propulsion devices | |
CN205998153U (en) | It is applied to the outer shell construction of gondola | |
CN106161905A (en) | It is applied to the double Shell mechanism of photoelectric nacelle | |
US20150240840A1 (en) | Angular momentum propulsion apparatus and method | |
JP2002310051A (en) | Kinetic energy collecting apparatus | |
RU2207675C1 (en) | Film-type radiation reflector | |
RU2002133269A (en) | METHOD OF REUSABLE LAYING AND DEPLOYMENT IN SPACE OF EXTRA FRAMELESS FRAMELESS DESIGNS OF FLAT OR CONVEX-CONCAVED FORMS, AND SAILING-REFLECTOR SPACE APPAREGEROGO | |
CN106275474A (en) | There is the unmanned plane of photoelectric nacelle | |
WO2007139434A1 (en) | Deployable film -type radiation reflector | |
CN106394917A (en) | Pod for multi-angle information collection |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070920 |