Гіродин (англ. Control moment gyroscope) — інерціальний пристрій, що обертається та застосовується для високоточної орієнтації та стабілізації, як правило, космічних апаратів (КА), що забезпечує правильну орієнтацію в польоті і запобігає безладному обертанню.
Гіродин — це двоступеневий керуючий силовий гіроскоп, який виступає в ролі гіростабілізатора. На КА він замінив простіші системи на базі двигуна-маховика. Принцип роботи цих інерційних пристроїв заснований на законі збереження моменту імпульсу. Наприклад, коли двигун-маховик розкручується в один бік, то КА, відповідно, починає крутитися в інший бік. Якщо під впливом зовнішніх чинників КА почав розвертатися в певному напрямку, досить збільшити швидкість обертання маховика в той самий бік, щоб він компенсував момент («прийняв обертання на себе») і небажаний поворот КА припиниться.
Механіка
Гіродини відрізняються від реактивних коліс. Перші створюють крутний момент, просто змінюючи швидкість обертання ротора, а другі нахиляють вісь обертання ротора, не обов'язково змінюючи його швидкість обертання. Гіродини також набагато енергоефективніші. При декількох сотнях ват і близько 100 кг маси великі гіродини створюють тисячі ньютон-метрів крутного моменту. Реакційне колесо з аналогічними можливостями потребувало б мегават потужності.
Принцип же роботи гіродина полягає в створенні гіроскопічного моменту, що діє через опори гіроскопа.
Конструктивні різновиди
Одношарнірний (або однокарданний)
Найбільш ефективні гіродини мають лише один карданний вузол. При обертанні карданного вузла такого гірадіна зміна напрямку кутового моменту ротора створює крутний момент, який діє на тіло, до якого кріпиться гіродин, наприклад, космічний апарат. За винятком ефектів, пов'язаних з рухом космічного апарата, цей крутний момент обумовлений обмеженням, тому він не виконує механічної роботи (тобто не потребує енергії). Однокарданний гірадін обмінюється кутовим моментом таким чином, що вимагає дуже мало енергії, в результаті чого вони можуть застосовувати дуже великі крутні моменти при мінімальному споживанні електроенергії.
Подвійний карданний шарнір
Такий гіродин включає по два карданних підвіси на ротор. Як виконавчий механізм, він є більш універсальним, ніж однокарданний гіродин, оскільки здатний спрямовувати вектор кутового моменту ротора у будь-якому напрямку. Однак на крутний момент, що створюється рухом одного карданного вузла, часто повинен реагувати інший карданний вузол на шляху до космічного апарату, що вимагає більшої потужності для заданого крутного моменту, ніж однокарданний гіродин. Якщо мета полягає в тому, щоб просто зберігати кутовий момент в масоефективний спосіб, як у випадку з Міжнародною космічною станцією, гарним конструктивним вибором є гіродин з двома карданними механізмами. Однак, якщо космічному апарату потрібен великий вихідний крутний момент при мінімальному споживанні енергії, кращим вибором є однокарданний гіродин.
Гіродин змінної швидкості
Більшість гіродинів підтримують постійну частоту обертання ротора, використовуючи відносно невеликі двигуни для компенсації змін, викликаних динамічним зв'язком і неконсервативними ефектами. Деякі наукові дослідження зосереджені на можливості збільшення і зменшення швидкості ротора під час обертання карданного підвісу. Регульовані гіродини змінної швидкості (англ. VSCMG) мають небагато практичних переваг при розгляді можливостей приведення в дію, оскільки вихідний крутний момент на роторі, як правило, набагато менший, ніж крутний момент, викликаний рухом карданного підвісу. Основною практичною перевагою VSCMG у порівнянні зі звичайними гіродином є додатковий ступінь свободи, що надається наявним крутним моментом ротора, який може бути використаний для безперервного уникнення сингулярності гіродина і переорієнтації кластера VSCMG. Дослідження показали, що крутний момент ротора, необхідний для цих двох цілей, дуже малий і знаходиться в межах можливостей звичайних роторних двигунів гіродинів. Таким чином, практичні переваги VSCMG легко доступні при використанні звичайних гіродинів зі змінами в керуванні кластером гіродина і законах керування роторним двигуном гіродина.
Гіродин змінної швидкості також можна використовувати як механічну батарею для накопичення електричної енергії у вигляді кінетичної енергії маховиків.
Корпус космічного апарату
Якщо космічний апарат має частини, що обертаються, вони можуть бути використані або керовані як гіродин.
Посилання
- «Силові гіроскопічні комплекси для прецизійних високодинамічних систем орієнтації космічних апаратів.», Сорокін А. В. [ 26 грудня 2004 у Wayback Machine.] (бита посилання)
- «Анатомія супутника», Афанасьєв Ігор, Воронцов Дмитро; Вокруг света, № 10 (2817), Грудень 2008 [ 13 січня 2022 у Wayback Machine.]
Див. також
Примітки
- Електромеханічні пристрої космічних апаратів і ракет-носіїв
- Ronny Votel. Comparison of Control Moment Gyros and Reaction Wheels for Small Earth-Observing Satellites (англійська) .
- . Архів оригіналу за 13 вересня 2016. Процитовано 10 лютого 2016.
- Schaub, Hanspeter; Junkins, John L. (1 січня 2000). Singularity Avoidance Using Null Motion and Variable-Speed Control Moment Gyros. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. Т. 23, № 1. с. 11—16. doi:10.2514/2.4514. ISSN 0731-5090. Процитовано 16 жовтня 2022.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Girodin angl Control moment gyroscope inercialnij pristrij sho obertayetsya ta zastosovuyetsya dlya visokotochnoyi oriyentaciyi ta stabilizaciyi yak pravilo kosmichnih aparativ KA sho zabezpechuye pravilnu oriyentaciyu v poloti i zapobigaye bezladnomu obertannyu Tehnichnij personal Boyinga gotuye girodin CMG 1 dlya ekipazhu STS 93 yakij vstanovit jogo na fermu Z1 MKS i yakij zgodom vijde z ladu Foto NASA 1998 Girodin ce dvostupenevij keruyuchij silovij giroskop yakij vistupaye v roli girostabilizatora Na KA vin zaminiv prostishi sistemi na bazi dviguna mahovika Princip roboti cih inercijnih pristroyiv zasnovanij na zakoni zberezhennya momentu impulsu Napriklad koli dvigun mahovik rozkruchuyetsya v odin bik to KA vidpovidno pochinaye krutitisya v inshij bik Yaksho pid vplivom zovnishnih chinnikiv KA pochav rozvertatisya v pevnomu napryamku dosit zbilshiti shvidkist obertannya mahovika v toj samij bik shob vin kompensuvav moment prijnyav obertannya na sebe i nebazhanij povorot KA pripinitsya MehanikaGirodini vidriznyayutsya vid reaktivnih kolis Pershi stvoryuyut krutnij moment prosto zminyuyuchi shvidkist obertannya rotora a drugi nahilyayut vis obertannya rotora ne obov yazkovo zminyuyuchi jogo shvidkist obertannya Girodini takozh nabagato energoefektivnishi Pri dekilkoh sotnyah vat i blizko 100 kg masi veliki girodini stvoryuyut tisyachi nyuton metriv krutnogo momentu Reakcijne koleso z analogichnimi mozhlivostyami potrebuvalo b megavat potuzhnosti Princip zhe roboti girodina polyagaye v stvorenni giroskopichnogo momentu sho diye cherez opori giroskopa Konstruktivni riznovidiOdnosharnirnij abo odnokardannij Najbilsh efektivni girodini mayut lishe odin kardannij vuzol Pri obertanni kardannogo vuzla takogo giradina zmina napryamku kutovogo momentu rotora stvoryuye krutnij moment yakij diye na tilo do yakogo kripitsya girodin napriklad kosmichnij aparat Za vinyatkom efektiv pov yazanih z ruhom kosmichnogo aparata cej krutnij moment obumovlenij obmezhennyam tomu vin ne vikonuye mehanichnoyi roboti tobto ne potrebuye energiyi Odnokardannij giradin obminyuyetsya kutovim momentom takim chinom sho vimagaye duzhe malo energiyi v rezultati chogo voni mozhut zastosovuvati duzhe veliki krutni momenti pri minimalnomu spozhivanni elektroenergiyi Podvijnij kardannij sharnir Takij girodin vklyuchaye po dva kardannih pidvisi na rotor Yak vikonavchij mehanizm vin ye bilsh universalnim nizh odnokardannij girodin oskilki zdatnij spryamovuvati vektor kutovogo momentu rotora u bud yakomu napryamku Odnak na krutnij moment sho stvoryuyetsya ruhom odnogo kardannogo vuzla chasto povinen reaguvati inshij kardannij vuzol na shlyahu do kosmichnogo aparatu sho vimagaye bilshoyi potuzhnosti dlya zadanogo krutnogo momentu nizh odnokardannij girodin Yaksho meta polyagaye v tomu shob prosto zberigati kutovij moment v masoefektivnij sposib yak u vipadku z Mizhnarodnoyu kosmichnoyu stanciyeyu garnim konstruktivnim viborom ye girodin z dvoma kardannimi mehanizmami Odnak yaksho kosmichnomu aparatu potriben velikij vihidnij krutnij moment pri minimalnomu spozhivanni energiyi krashim viborom ye odnokardannij girodin Girodin zminnoyi shvidkosti Bilshist girodiniv pidtrimuyut postijnu chastotu obertannya rotora vikoristovuyuchi vidnosno neveliki dviguni dlya kompensaciyi zmin viklikanih dinamichnim zv yazkom i nekonservativnimi efektami Deyaki naukovi doslidzhennya zoseredzheni na mozhlivosti zbilshennya i zmenshennya shvidkosti rotora pid chas obertannya kardannogo pidvisu Regulovani girodini zminnoyi shvidkosti angl VSCMG mayut nebagato praktichnih perevag pri rozglyadi mozhlivostej privedennya v diyu oskilki vihidnij krutnij moment na rotori yak pravilo nabagato menshij nizh krutnij moment viklikanij ruhom kardannogo pidvisu Osnovnoyu praktichnoyu perevagoyu VSCMG u porivnyanni zi zvichajnimi girodinom ye dodatkovij stupin svobodi sho nadayetsya nayavnim krutnim momentom rotora yakij mozhe buti vikoristanij dlya bezperervnogo uniknennya singulyarnosti girodina i pereoriyentaciyi klastera VSCMG Doslidzhennya pokazali sho krutnij moment rotora neobhidnij dlya cih dvoh cilej duzhe malij i znahoditsya v mezhah mozhlivostej zvichajnih rotornih dviguniv girodiniv Takim chinom praktichni perevagi VSCMG legko dostupni pri vikoristanni zvichajnih girodiniv zi zminami v keruvanni klasterom girodina i zakonah keruvannya rotornim dvigunom girodina Girodin zminnoyi shvidkosti takozh mozhna vikoristovuvati yak mehanichnu batareyu dlya nakopichennya elektrichnoyi energiyi u viglyadi kinetichnoyi energiyi mahovikiv Korpus kosmichnogo aparatu Yaksho kosmichnij aparat maye chastini sho obertayutsya voni mozhut buti vikoristani abo kerovani yak girodin Posilannya Silovi giroskopichni kompleksi dlya precizijnih visokodinamichnih sistem oriyentaciyi kosmichnih aparativ Sorokin A V 26 grudnya 2004 u Wayback Machine bita posilannya Anatomiya suputnika Afanasyev Igor Voroncov Dmitro Vokrug sveta 10 2817 Gruden 2008 13 sichnya 2022 u Wayback Machine Div takozhGiroskop Shtuchnij suputnik Zemli Kosmichnij aparat Moment inerciyi Moment impulsu Moment siliPrimitkiElektromehanichni pristroyi kosmichnih aparativ i raket nosiyiv Ronny Votel Comparison of Control Moment Gyros and Reaction Wheels for Small Earth Observing Satellites anglijska Arhiv originalu za 13 veresnya 2016 Procitovano 10 lyutogo 2016 Schaub Hanspeter Junkins John L 1 sichnya 2000 Singularity Avoidance Using Null Motion and Variable Speed Control Moment Gyros Journal of Guidance Control and Dynamics T 23 1 s 11 16 doi 10 2514 2 4514 ISSN 0731 5090 Procitovano 16 zhovtnya 2022