一種控制力矩陀螺群的桁架包絡結構及其搭建方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及桁架包絡結構及其搭建方法，特別涉及用于控制力矩陀螺群的桁架包 絡結構及其搭建方法，屬于航天器姿態(tài)控制領域。
【背景技術】
[0002] 目前，控制力矩陀螺（CMG)作為執(zhí)行機構廣泛應用于現(xiàn)代航天器的姿態(tài)控制任務 中。它能夠提供精確、連續(xù)的輸出力矩，而且不消耗燃料，不污染光學設備和飛行環(huán)境。然 而由于制造工藝和裝配精度的限制，此類執(zhí)行機構在運行過程中會產(chǎn)生一種小幅高頻的微 振動。對于姿態(tài)指向精度和穩(wěn)定度（尤其是穩(wěn)定度）要求不高的航天任務，這類微振動可 不做考慮。但是對于近年來大力發(fā)展的高分辨率對地觀測衛(wèi)星、激光通訊衛(wèi)星、太空望遠鏡 及空間站等航天器，如不采取有效措施對微振動問題進行處理，將會導致航天器上的有效 載荷難以正常工作，使空間任務無法實現(xiàn)。如我國遙感十四衛(wèi)星成像質(zhì)量仍受星上飛輪和 控制力矩陀螺產(chǎn)生的微振動的影響；美國哈勃望遠鏡在方案論證階段指出，來自飛輪的微 振動嚴重影響空間觀測質(zhì)量；日本ETS-VI衛(wèi)星激光鏈路受微振動影響，導致誤碼率增加。
[0003] 常采用多個控制力矩陀螺以一種構型安裝在航天器上，目前控制力矩陀螺多為單 獨安裝形式，安裝不便、易受到航天器上其他部件的干擾，并且需要占用較大的空間。為使 得控制力矩陀螺群能夠在航天器上實現(xiàn)靈活安裝，并且寶貨控制力矩陀螺不受航天器上其 他部件的干擾，本專利提出了一種基于金子塔構型的控制力矩陀螺群桁架包絡結構。
[0004] 金字塔構型又稱正四棱錐構型，是一種具有代表性的控制力矩陀螺群構型，廣泛 應用于各類航天的姿態(tài)控制中，該構型由四個控制力矩陀螺組成，如圖1、2所示。金字塔構 型中控制力矩陀螺的安裝傾角為夕= arCC〇S(VI/3)，通常四個控制力矩陀螺分別布置在正 四面體底邊中點，框架軸Zgtl垂直于側(cè)面；控制力矩陀螺也可分別布置在四個側(cè)面的其他位 置，只要保證安裝傾角夕=arccos(VJ/3)即可。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題是利用金字塔構型搭建桁架包絡結構，實現(xiàn)在保證四個 控制力矩陀螺自由轉(zhuǎn)動互不干擾的約束條件下提高桁架包絡結構的空間利用率。本發(fā)明公 開的一種控制力矩陀螺群的桁架包絡結構及其搭建方法，由于控制力矩陀螺安裝在桁架包 絡結構內(nèi)，通過桁架包絡結構保護控制力矩陀螺不受航天器上其他部件的干擾、保證其正 常運行，此外，在保證四個控制力矩陀螺自由轉(zhuǎn)動互不干擾的約束條件下提高桁架包絡結 構空間利用率。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的。
[0007] -種控制力矩陀螺群的桁架包絡結構，利用金字塔構型搭建桁架包絡結構，將四 個控制力矩陀螺安裝在桁架包絡結構內(nèi)，通過桁架包絡結構保護控制力矩陀螺不受航天器 上其他部件的干擾、保證其正常運行，所述的金字塔構型桁架包絡結構搭建方法保證四個 控制力矩陀螺自由轉(zhuǎn)動互不干擾的約束條件下提高桁架包絡結構的空間利用率。
[0008] 所述的金字塔構型桁架包絡結構搭建方法具體實現(xiàn)步驟如下：
[0009] 步驟一：金字塔構型中控制力矩陀螺的安裝傾角為/? = arCC0S(VI/3)，而已知正方 體的對角線和與對角線相交棱之間的夾角也為arCC〇s(#/3)，桁架包絡結構由正方體擴展 變換得到，具體實現(xiàn)步驟為：
[0010] 步驟1，以正四棱錐底邊四個中點構成的正方形EFGH為頂面做向下做正方體 EFGH-E1F1G1H1，延長四個控制力矩陀螺的框架軸可交于正方體中心點P ;
[0011] 步驟2,取正方體的一半EFGH-E2F2G2H 2為包絡空間，將控制力矩陀螺放置在該空間 內(nèi)；
[0012] 步驟3,將桁架桿布置在正方體的部分棱的位置得到桁架包絡結構。其中桁架桿 EF、FG、GH、HE、E2F2、F2G2、G 2H2、H2E2長度相等為正方體棱長，桁架桿 EE 2、FF2、GG2、HH2、OP 為 長度相等為正方體半棱長，桁架桿〇E、OF、OG、OH、PE2、PF2、PG 2、PH2*度相等為面對角線長 度一半，節(jié)點〇、P為面EFGH、E2F 2G2H2中點，Q n Q2、Q3、Q4分別為每個控制力矩陀螺旋轉(zhuǎn)形成 的球體空間的中心，每個控制力矩陀螺旋轉(zhuǎn)形成的球體空間代表一個控制力矩陀螺能占包 絡結構的最大空間。
[0013] 步驟二：由于制造和裝配誤差，控制力矩陀螺在工作過程中會產(chǎn)生振動，通過改變 桁架包絡結構中部分支桿的剛度特性、在連接點處設計柔性支撐等手段使桁架包絡結構吸 附陀螺振動。
[0014] 步驟二所述的吸附陀螺振動的方法為，在控制力矩陀螺框架軸與桁架節(jié)點的連接 處加裝彈簧墊片，或者在桁架包絡結構與控制力矩陀螺連接的節(jié)點處安裝隔振結構，也可 以將部分支桿（例如EE 2、FF2、GG2、HH2、0P)更換成彈簧阻尼桿，都能有效吸附控制力矩陀螺 的振動。
[0015] 有益效果：
[0016] 1、本發(fā)明的一種控制力矩陀螺群的桁架包絡結構，由于控制力矩陀螺安裝在桁架 包絡結構內(nèi)，通過桁架包絡結構保護控制力矩陀螺不受航天器上其他部件的干擾、保證其 正常運行。
[0017] 2、本發(fā)明的一種控制力矩陀螺群的桁架包絡結構，利用金字塔構型搭建桁架包絡 結構，在保證四個控制力矩陀螺自由轉(zhuǎn)動互不干擾的約束條件下提高桁架包絡結構空間利 用率。
[0018] 3、本發(fā)明的一種控制力矩陀螺群的桁架包絡結構，通過改變桁架包絡結構中部分 支桿的剛度特性、在連接點處設計柔性支撐等手段使桁架包絡結構能夠吸附陀螺振動。
【附圖說明】
[0019] 圖1為已有技術金子塔構型的控制力矩陀螺群；
[0020] 圖2為圖1中A處局部放大圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明步驟1構建的金字塔構型桁架包絡結構幾何結構過程圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明步驟2構建金字塔構型桁架包絡結構幾何結構過程圖；
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