【摘 要】
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作为卫星姿态控制系统中的执行机构,惯性动量轮的微小型化设计是微小卫星实现高精度姿态控制和保持姿态稳定的关键。基于磁流体动力学效应（Magnetohydrodynamics,简称MHD）的惯性动量轮,采用旋转流动的导电流体输出力矩,进而实现角动量转移,具有体积小、重量轻、精度高、稳定性好、寿命长的特点,是一种适用于小卫星的新型原理执行器,对于微小卫星的主动姿态控制及姿态稳定具有重要价值。本文主要针对
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作为卫星姿态控制系统中的执行机构,惯性动量轮的微小型化设计是微小卫星实现高精度姿态控制和保持姿态稳定的关键。基于磁流体动力学效应（Magnetohydrodynamics,简称MHD）的惯性动量轮,采用旋转流动的导电流体输出力矩,进而实现角动量转移,具有体积小、重量轻、精度高、稳定性好、寿命长的特点,是一种适用于小卫星的新型原理执行器,对于微小卫星的主动姿态控制及姿态稳定具有重要价值。本文主要针对轴向磁场、径向电场结构的MHD惯性动量轮,通过理论建模、数值仿真、实验分析对导电流体的运动特性进行了研究,主要内容包括以下方面:1.根据MHD惯性动量轮的工作原理,提出了相应的模型假设条件,建立了导电流体环物理特性模型,并推导了流体平均流速与输入电流之间的传递函数。2.完成了基于电矢量势的有限差分数值仿真,实现了对各技术指标的数值计算。主要分析了均匀网格精细化和非均匀网格划分对数值仿真收敛性与精度的影响,并对传递函数进行了验证,明确了理论模型存在偏差的原因,通过分析不同参数对导电流体运动特性的影响,为MHD惯性动量轮的设计优化提供了参考。3.围绕主要设计指标和MHD惯性动量轮对驱动电路的要求,选定微控制器直接调节开关电源基准电压的方式,搭建了相应的驱动电路模块,通过输出电流的相关测试确保了驱动电路模块能够满足实际工作需要。4.对MHD惯性动量轮原理样机开展了测试实验。根据工作模式采用两种不同形式的输入电流信号,通过测量输出力矩验证了理论模型的正确性,所设计的原理样机能够最高可提供0.011N·m·s的角动量,同时还具有较好的线性度。研究结果表明,MHD惯性动量轮较之其他惯性动量轮在微小卫星姿态控制方面有一定的优势,具备良好的应用前景。
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