具有吸振器质量的飞轮制造技术

提供了一种用于航天器的姿态稳定的飞轮，其具有：轮毂装置(1)，用于固定飞轮；飞轮环(4)，其间隔一定距离地在外侧环绕轮毂装置(1)；支撑装置(3)，用于将飞轮环(4)支撑在轮毂装置(1)上；以及具有吸振器质量装置(8)的减振装置(6、8)，该吸振器质量装置能够关于飞轮的旋转轴、相对于飞轮环(4)轴向地往复运动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有吸振器质量的飞轮本专利技术涉及一种飞轮装置，其用于航天器的姿态稳定，特别是用于卫星的姿态控制。已知此类飞轮或反作用轮用于控制卫星的指向。飞轮通过驱动装置产生旋转，从而可以通过陀螺效应达到稳定效果。为了获得有效的陀螺效应，将飞轮质量的尽可能大的部分定位在尽可能远的外侧是有利的，这使得该质量可以以尽可能大的直径围绕飞轮的旋转轴旋转。从DE3921765A1中已知这样的飞轮装置，其类似于自行车车轮，具有内部定子、外部转子和轮毂，该轮毂借助于定子上的轮辐可旋转地支撑转子。轮毂通过两个滚动轴承可旋转地支撑在定子上，这两个滚动轴承可以设计为固定轴承和浮动轴承。在运行过程中摩擦越小，这种飞轮的效率就越高。这种摩擦主要取决于轴承单元的尺寸及其预紧力。起飞(卫星运载火箭发射)情况下的轴承载荷决定了轴承单元的尺寸，因为该轴承单元必须无损地承受发射过程中的载荷(加速度、振动)。轴承的可能载荷取决于火箭以及取决于飞轮的共振，因为振动激励会导致轴承载荷的过度共振。因此，采取可以避免这种过度共振和与之相关的高轴承载荷的预防措施可以是有意义的。因此，本专利技术的目的在于，提供一种用于航天器的姿态稳定的飞轮，其中，影响，特别是降低不期望的共振是可能的。该目的通过具有权利要求1的特征的飞轮来实现。有利的实施方案在从属权利要求中给出。提供一种用于航天器的姿态稳定的飞轮，其具有：轮毂装置，用于固定飞轮；飞轮环，其间隔一定距离地在外侧环绕轮毂装置；支撑装置，用于将飞轮环支撑在轮毂装置上；以及具有吸振器质量装置的减振装置，该吸振器质量装置可以关于飞轮的旋转轴，相对于飞轮环轴向地往复运动。具有轮毂装置、飞轮环和支撑装置的飞轮的结构本身是已知的。支撑装置特别是可以具有径向地在轮毂装置和飞轮环之间延伸的轮辐。轮毂装置用于以合适的方式固定飞轮，例如固定在轴承装置上，通过该轴承装置将飞轮可旋转地安装在定子上。支撑装置从轮毂装置径向向外延伸，并且合理地在其径向外侧支撑飞轮环。飞轮环将实际用于在旋转中稳定姿态的质量集合在一起，以这种方式实现所期望的陀螺效应。连接到轮毂装置的轴承装置及支撑该轴承装置的定子不是飞轮的一部分。轮毂装置、支撑装置和飞轮环应牢固地相互连接。可以特别有利的是，将轮毂装置、支撑装置和飞轮环制成为一件式，例如作为加工的铸件。也可能的是，轮毂装置、支撑装置和飞轮环由金属块切削加工而成。作为材料适合的是钢，特别是不锈钢，但铝也适合。外径可以在80mm至400mm的范围内，更大或更小的尺寸也是可能的。减振装置具有吸振器质量装置，该吸振器质量装置可以在轴向上相对于飞轮环往复运动，即振荡。吸振器质量装置的轴向可动性应当至少在小范围内是可能的，即可以具有低振幅。在此已经发现，振幅小于5mm，优选甚至小于1mm，例如在0.2-0.3mm的范围内就可以足够。特别是当火箭发射时，飞轮(主要是位于外侧的飞轮环)可能会由于相应的振动影响而产生危险的共振，这可能导致轴承载荷过高，最终甚至可能导致支撑飞轮的轴承装置损坏。通过适当地协调吸振器质量装置，可以使相对于飞轮环作轴向往复运动的吸振器质量装置形成反向振动，以此方式减弱飞轮环或与其相连的其他部件(特别是支撑装置)的强烈振动，即“吸振”。以此方式，可以实现高效的减振。吸振器质量装置可以通过固定装置固定在飞轮环上和/或支撑装置上，其中，该固定装置设计成，它使得吸振器质量装置具有轴向可动性。因此，固定装置可以是减振装置的一部分，并提供所期望的吸振器质量装置的振荡的轴向可动性。可选地，还可能的是，固定装置也使得吸振器质量装置具有径向自由度。然而，相比轴向运动，径向上的运动可以明显较小。固定装置可以至少在一个区域内具有弹性变形能力，其中，通过该固定装置的弹性变形能力能够实现吸振器质量装置的轴向可动性。这意味着固定装置可以具有刚性不同或弹性变形能力不同的区域。该弹性变形能力(较低的刚度)应大于飞轮的其他部件，尤其是飞轮环或支撑装置(例如轮辐)的变形能力。固定装置的刚性构造区域用于实际固定吸振器质量装置，而弹性变形能力提高的区域则用于允许吸振器质量装置的相对运动。吸振器质量装置可以具有多个吸振器质量元件，这些吸振器质量元件间隔一定距离地分布在圆周上，并由固定装置保持。单个吸振器质量元件可以设计成例如圆柱形、桶形或长方体形状的钢元件，并且其质量例如在20g-150g的范围内，特别是40g-100g的范围内，例如约为60g。吸振器质量元件由固定装置以合适的方式保持。此处的目的是通过固定装置弹性地保持吸振器质量元件，以实现可动性或振动。特别是，吸振器质量元件在此应在轴向上相对于飞轮环(振荡)可动。此外，可以有利的是，固定装置也允许吸振器质量元件的径向可动性(径向自由度)，但其中在径向上的运动明显小于在轴向上的运动。在一个实施方式中，固定装置可以具有两个阻尼环，这两个阻尼环彼此轴向地布置，使支撑装置至少部分地布置在它们之间。在此，阻尼环可以这样彼此固定，即，使得支撑装置在轴向上布置在这两个阻尼环之间。因此，两个阻尼环固定在支撑装置上，并且例如可以将该支撑装置夹紧在它们之间。而该阻尼环本身又用作固定装置，以支撑吸振器质量装置。支撑装置可以例如由在轮毂装置和飞轮环之间径向延伸的多个轮辐形成。两个阻尼环则分别将该轮辐的一个区域包围在它们之间。轮辐的数量应为奇数，优选符合质数。由此，在共振行为中不形成驻波或其他不希望的固有运动。吸振器质量装置特别是可以具有多个吸振器质量元件，其中，这些吸振器质量元件被保持在阻尼环之间，并且可以布置为沿该阻尼环的圆周方向分布。在此，阻尼环可以沿其圆周具有弹性较高(刚度较低)的区域和弹性较低(刚度较高)的区域，其中，吸振器质量固定在弹性较高的区域中。因此，弹性较高的区域允许各个吸振器质量元件以期望的方式运动，以使吸振器质量元件可以相对于飞轮环或飞轮的其余部分轴向地振动。可以通过以下方式实现较高和较低弹性的区域：将阻尼环的局部做得更薄，或者在局部进行额外的加固(以实现较高的刚度)。支撑装置可以具有分布在圆周上的多个轮辐，这些轮辐径向地在轮毂装置和飞轮环之间延伸。在此，吸振器质量元件可以布置在轮辐之间的相应空间中，并由阻尼环保持。特别是，吸振器质量元件可以在圆周方向上居中地保持在轮辐之间。相应地，吸振器质量元件的数量可以等于轮辐的数量。为了达到期望的减振效果，有意义的是，吸振器质量装置的主共振能够调节为基本上对应于飞轮环或整个飞轮的主共振，其中，该吸振器质量装置的主共振能够通过协调吸振器质量元件的重量和固定装置的弹性变形能力来调节。可以设置定心装置，以使减振装置相对于飞轮环定心。定心装置例如可以具有合适的定心辊，该定心辊抵靠飞轮环的内径，并且用于减振装置的同心安放并由此减少不平衡。在具有可以实现进一步的减振效果的可选附加件的变型中，阻尼环可以这样彼此固定，即，使得该阻尼环(一方面)与支撑装置(另一方面)之间可以相对运动。因此，可能的是，将阻尼环彼此固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于航天器的姿态稳定的飞轮，具有：/n-轮毂装置(1)，用于固定所述飞轮；/n-飞轮环(4)，所述分轮环间隔一定距离地在外侧环绕所述轮毂装置(1)；/n-支撑装置(3)，用于将所述飞轮环(4)支撑在所述轮毂装置(1)上；并具有：/n-具有吸振器质量装置(8)的减振装置(6、8)，所述吸振器质量装置能够关于所述飞轮的旋转轴、相对于所述飞轮环(4)轴向地往复运动。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180524 DE 102018112496.11.一种用于航天器的姿态稳定的飞轮，具有：
-轮毂装置(1)，用于固定所述飞轮；
-飞轮环(4)，所述分轮环间隔一定距离地在外侧环绕所述轮毂装置(1)；
-支撑装置(3)，用于将所述飞轮环(4)支撑在所述轮毂装置(1)上；并具有：
-具有吸振器质量装置(8)的减振装置(6、8)，所述吸振器质量装置能够关于所述飞轮的旋转轴、相对于所述飞轮环(4)轴向地往复运动。


2.根据权利要求1所述的飞轮，其中，
-所述吸振器质量装置(8)通过固定装置(6)固定在所述飞轮环(4)上和/或所述支撑装置(3)上；并且其中，
-所述固定装置(6)被设计为使得该固定装置能使所述吸振器质量装置(8)具有轴向可动性。


3.根据前述权利要求中任一项所述的飞轮，其中，
-所述固定装置(6)至少在一个区域内具有弹性变形能力；并且其中，
-通过所述固定装置(6)的弹性变形能力能够实现所述吸振器质量装置(8)的轴向可动性。


4.根据前述权利要求中任一项所述的飞轮，其中，所述吸振器质量装置具有多个吸振器质量元件(8)，所述吸振器质量元件间隔一定距离地分布在圆周上，并由所述固定装置(6)保持。


5.根据前述权利要求中任一项所述的飞轮，其中，
-所述固定装置具有两个阻尼环(6)，所述阻尼环彼此轴向地布置，使所述支撑装置(3)至少部分地布置在所述阻尼环之间；并且其中，
-所述阻尼环(6)这样彼此固定，使得所述支撑装置(3)在轴向上布置在所述两个阻尼环(6)之间。


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【专利技术属性】
技术研发人员：M·爱茵格，德·亨宁，
申请(专利权)人：罗克韦尔柯林斯德国公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE