√лавна€ страница  |  ќписание сайта  |   онтакты
—ѕќ—ќЅ ‘ќ–ћ»–ќ¬јЌ»я ”ѕ–ј¬Ћяёў»’ ћќћ≈Ќ“ќ¬  ќ—ћ»„≈— ќ√ќ јѕѕј–ј“ј — ћј√Ќ»“ќ»Ќ≈–÷»ќЌЌџћ» »—ѕќЋЌ»“≈Ћ№Ќџћ» ќ–√јЌјћ», —»—“≈ћј ‘ќ–ћ»–ќ¬јЌ»я ”ѕ–ј¬Ћяёў»’ ћќћ≈Ќ“ќ¬  ќ—ћ»„≈— ќ√ќ јѕѕј–ј“ј — ћј√Ќ»“ќ»Ќ≈–÷»ќЌЌџћ» »—ѕќЋЌ»“≈Ћ№Ќџћ» ќ–√јЌјћ», ћј√Ќ»“ќ–≈ќЋќ√»„≈— »… »—ѕќЋЌ»“≈Ћ№Ќџ… ќ–√јЌ
—ѕќ—ќЅ ‘ќ–ћ»–ќ¬јЌ»я ”ѕ–ј¬Ћяёў»’ ћќћ≈Ќ“ќ¬  ќ—ћ»„≈— ќ√ќ јѕѕј–ј“ј — ћј√Ќ»“ќ»Ќ≈–÷»ќЌЌџћ» »—ѕќЋЌ»“≈Ћ№Ќџћ» ќ–√јЌјћ», —»—“≈ћј ‘ќ–ћ»–ќ¬јЌ»я ”ѕ–ј¬Ћяёў»’ ћќћ≈Ќ“ќ¬  ќ—ћ»„≈— ќ√ќ јѕѕј–ј“ј — ћј√Ќ»“ќ»Ќ≈–÷»ќЌЌџћ» »—ѕќЋЌ»“≈Ћ№Ќџћ» ќ–√јЌјћ», ћј√Ќ»“ќ–≈ќЋќ√»„≈— »… »—ѕќЋЌ»“≈Ћ№Ќџ… ќ–√јЌ

—ѕќ—ќЅ ‘ќ–ћ»–ќ¬јЌ»я ”ѕ–ј¬Ћяёў»’ ћќћ≈Ќ“ќ¬  ќ—ћ»„≈— ќ√ќ јѕѕј–ј“ј — ћј√Ќ»“ќ»Ќ≈–÷»ќЌЌџћ» »—ѕќЋЌ»“≈Ћ№Ќџћ» ќ–√јЌјћ», —»—“≈ћј ‘ќ–ћ»–ќ¬јЌ»я ”ѕ–ј¬Ћяёў»’ ћќћ≈Ќ“ќ¬  ќ—ћ»„≈— ќ√ќ јѕѕј–ј“ј — ћј√Ќ»“ќ»Ќ≈–÷»ќЌЌџћ» »—ѕќЋЌ»“≈Ћ№Ќџћ» ќ–√јЌјћ», ћј√Ќ»“ќ–≈ќЋќ√»„≈— »… »—ѕќЋЌ»“≈Ћ№Ќџ… ќ–√јЌ

ѕатент –оссийской ‘едерации
—уть изобретени€: »зобретение относитс€ к способам, системам и исполнительным органам дл€ формировани€ магнито гравитационной ориентации и стабилизации космических аппаратов ( ј). ¬ предложенном способе формирование макнитного и гравитационного управл€ющий моментов на борту  ј производитс€ путем магнитного воздействи€ на седиментационно устойчивую высококонцентрированную магнито реологическую жидкость (¬ћ–∆). »спользование ¬ћ–∆ в качестве демпфирующего элемента позвол€ет повысить эффективность процесса демпфировани€ за счет увеличени€ коэффициента демпфировани€ ( д) при фиксированных конструктивных и инерционно-массовых характеристиках демпфера, а также за счет поддержани€ максимального значени€  д в процессе демпфировани€ при магнитотепловом переносе охлажденной ¬ћ–∆ в зоны повышенного разогрева жидкости. ѕосле перехода в режим управлени€ угловым движением  ј, сформированные действи€ способа по направленному намагничиванию ¬ћ–∆ до получени€ посто€нного магнита и управлению указанным магнитом позвол€ют достичь максимально эффективного управлени€  ј. ”казанна€ эффективность достигаетс€ за счет увеличени€ абсолютного значени€ суммарного управл€ющего момента (гравитационного + магнитного). ”величение непосредственно величины гравитационного момента достигаетс€ направленным перераспределением массы жидкости путем изменени€ ее плотности. ¬ процессе управлени€ устран€етс€ несовпадение в требовании к приложению магнитного и гравитационного управл€ющего моментов. —охранение агрегативной устойчивости ¬ћ–∆ при ее намагничивании - размагничивании позвол€ет неограниченно циклировать переходы с режимов демпфировани€ в режиме управлени€ угловым движением  ј и обратно. —истема, реализующа€ предложенный способ, кроме традиционных блока датчиков угловых скоростей, блока формировани€ требуемых управл€ющих моментов, трехканального магнитометра, блока задани€ параметров  ј и режимов ориентации, включает в себ€ р€д блоков и устройств по выполнению действий способа. —реди них: магнито инерционный исполнительный орган на основе ¬ћ–∆, блок формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€ магнитоинерционным элементом, блок формировани€ управл€ющих сигналов на приводе осей разворота магнитоинерционного элемента, блок формировани€ демпфирующего элемента, блок формировани€ магнитоинерционного элемента, блок формировани€ управл€ющих магнитных полей. ‘ункциональные св€зи, введенные между блоками системы, позвол€ют достичь требуемого результата, заложенного в предлагаемом способе. ќсновной частью системы €вл€етс€ вновь разработанный магнитоинерционный исполнительный орган на основе ¬ћ–∆. ќн включает в себ€ сферический полый корпус, выполненный из немагнитного материала и заполненный ¬ћ–∆, компенсатор жидкости, два перепускных клапана, две соединительные трубки ("гор€чей" и "холодной" жидкости), холодильник, два электромагнита, кожух - магнитопровод, три пары бесколлекторных электродвигателей, расположенных по ос€м управлени€ устройства OX, OY, O, три датчика измерени€ скорости относительного линейного движени€ сферического корпуса устройства OX, OY, O, трехстепенной электромеханический фиксатор корпуса устройства. 3 с. п. ф-лы, 12 ил.
ѕоиск по сайту

1. — помощью поисковых систем

   — помощью Google:    

   — помощью яндекс:  

2. Ёкспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. ѕо номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Ќомер патента: 2051840
 ласс(ы) патента: B64G1/32
Ќомер за€вки: 93021353/11
ƒата подачи за€вки: 26.04.1993
ƒата публикации: 10.01.1996
«а€витель(и): √оловное конструкторское бюро Ќаучно-производственного объединени€ "Ёнерги€" им.акад.—.ѕ. оролева
јвтор(ы):  овтун ¬.—.
ѕатентообладатель(и): √оловное конструкторское бюро Ќаучно-производственного объединени€ "Ёнерги€" им.акад.—.ѕ. оролева
ќписание изобретени€: »зобретение относитс€ к космической технике, конкретно к способам, системам и исполнительным органам дл€ формировани€ магнитогравитационной ориентации и стабилизации космических аппаратов ( ј).
»звестен способ формировани€ управл€ющих воздействий на магнитоинерционные элементы спутника "¬ертистат".
—пособ заключаетс€ в формировании демпфирующего момента путем воздействи€ внешним магнитным полем (ћѕ), на наход€щийс€ в в€зкой жидкости магнитный демпфер. –ассеивание механической энергии происходит за счет сил в€зкого трени€ при относительном перемещении демпфера, удерживаемого внешним ћѕ, в потоке жидкости.  роме того, элементы демпфировани€ дополнительно используютс€ в качестве инерционных элементов дл€ направленного формировани€ моментов инерции  ј путем перераспределени€ его масс и создани€, тем самым дл€  ј гравитационных управл€ющих моментов. ѕо завершению либрационных колебаний  ј, управл€ющие гравитационные моменты выполн€ют функции стабилизирующих моментов.
ѕростейша€ система формировани€ управл€ющих моментов  ј с магнитоинерционными исполнительными органами состоит из корпуса  ј, блока датчиков угловых скоростей (Ѕƒ”—), блока формировани€ демпфирующего момента (Ѕ‘ƒћ), блока формировани€ гравитационного управл€ющего момента (Ѕ‘√”ћ), блока управлени€  ј (Ѕ” ј). Ќа корпус  ј соединены Ѕ‘ƒћ и ƒ‘√”ћ своими управл€ющими выходами. Ѕƒ”—, установленный на корпусе  ј, своими трем€ выходами (по каналам управлени€ х, у, z) соединен с соответствующими трем€ входами Ѕ” ј. ѕервый выход Ѕ” ј соединен с входом Ѕ‘ƒћ, а второй выход с входом Ѕ‘√”ћ.
Ѕ‘ƒћ состоит, как правило, из устройства дл€ его формировани€ и блока управлени€ устройством. ѕримерами реализации устройств формировани€ демпфирующих моментов могут служить аналог и прототип, описываемые далее.
Ѕлок управлени€ устройством состоит из электромеханических фиксаторов одноразового действи€ типа пирочеки, электромагнитных защелок и т.д. которые по внешней команде расфиксируют демпфирующий элемент блока.
јналогично Ѕ‘√”ћ состоит из устройства формировани€ гравитационного управл€ющего момента и устройства фиксации. ѕодробное описание указанных устройств даетс€ при рассмотрении работы устройств аналога и прототипа.
Ѕ” ј состоит, например, из радиотелеметрической подсистемы, подсистемы радиоуправлени€  ј и подсистемы управлени€ бортовыми системами (ѕ”Ѕ—).
–аботает система формировани€ управл€ющих моментов  ј с магнитоинерционными исполнительными органами следующим образом. ѕосле отделени€  ј от ракеты-носител€, с помощью подсистемы радиоуправлени€ через ѕ”Ѕ— Ѕ” ј выдаетс€ команда в Ѕ‘ƒћ на расфиксацию демпфирущего элемента. ƒалее процесс демпфировани€ колебаний корпуса  ј контролируетс€ с помощью радиотелеметрической подсистемы Ѕ” ј, подключенной к выходам Ѕƒ”—.
ѕосле достижени€ угловыми скорост€ми  ј определенных величин, соответствующих завершению процесса демпфировани€, с помощью подсистемы радиоуправлени€ и ѕ”Ѕ— Ѕ” а выдаетс€ команда на расфиксацию гравитационного исполнительного органа, вход€щего в Ѕ‘√”ћ.
»сполнительный орган, реализующий рассмотренный способ, содержит выдвижную штангу, формируемую из тонкой металлической ленты. ѕервоначально лента имеет форму полой трубки, но дл€ хранени€ ее распр€мл€ют на катушку, после чего фиксируют относительно корпуса  ј. ѕотенциальна€ энерги€ упругости, накопленна€ в свернутой ленте и освобождаема€ после расфиксации, обеспечивает необходимую движущуюс€ силу, котора€ используетс€ дл€ разматывани€ катушки и формированна€ трубки. ѕосле полного сматывани€ катушка остаетс€ на конце штанги в качестве массы груза дл€ увеличени€ момента инерции системы.
Ўтанга подвешена относительно корпуса  ј с помощью тормозного пружинного шарнира.  огда катушка находитс€ в развернутом состо€нии, контакт между штангой и корпусом  ј осуществл€етс€ только через пружину. ѕружины используютс€ в качестве подвески и обеспечивают восстанавливающий момент дл€ подвижной части демпфера, первоначально фиксируемой относительно корпуса  ј. √ерметичный в€зкий демпфер состоит из алюминиевой торообразной трубки, содержащей стальной шарик в в€зкой жидкости, и внешнего посто€нного магнита, предназначенного дл€ удержани€ шарика в жидкости и центрировани€ его по оси трубки магнитным полем. јлюминиева€ трубка св€зана с выдвижной штангой, а —-образный магнит жестко скреплен с корпусом  ј.
ќтносительное перемещение магнита и алюминиевой трубки при колебани€х вспомогательных штанг в гравитационном поле вызывает движение в€зкой жидкости, что приводит к рассе€нию энергии.
Ќедостатки рассмотренного способа, системы и устройства заключаютс€ в следующем. ћагнитна€ часть элементов не используетс€ при перераспределении в качестве инертных масс. “ем самым снижаетс€ эффективность (определ€ема€ величиной управл€ющего гравитационного момента) применени€ перераспредел€емых масс дл€ создани€ управл€ющих гравитационных моментов.
»звестно также, что коэффициент демпфировани€ ( д ≈ ηэ Vж.т.), определ€ющий эффективность демпфировани€, пропорционален коэффициенту эффективной в€зкости жидкости * ηэ и объему жидкости участвующему в трении (Vж.т.). ≈сли предположить посто€нство коэффициента в€зкости (при фиксированных температурах и скорост€х сдвиговой деформации), то  дзависит от объема Vж.т.  ак видно из способа и устройств его реализующих, в процессе в€зкого трени€ участвует в основном не весь объем жидкости, а лишь та ее часть, котора€ прилегает к демпфирующему элементу (демпфирующему шарику). “ем самым снижаетс€ значение коэффициента демпфировани€ и эффективность демпфировани€ в целом.
*ѕод коэффициентом эффективной в€зкости ( ηэ ) понимаетс€ коэффициент, учитывающий все механизмы внутреннего трени€ и характеризующий рассе€ние энергии в единичном объеме в€зкого потока за единицу времени.
  недостаткам "—истемы.", так же как и ее преимуществам, можно отнести все присущее пассивным системам ориентации и стабилизации  ј. ¬ качестве основного недостатка необходимо отметить ограниченность в возможност€х системы при выполнении различных режимов ориентации, нацеленность конкретной "—истемы." на построение только одного опорного физического базиса на основе гравитационной стабилизации  ј.
»звестен способ формировани€ управл€ющих воздействий на магнитоинерционные элементы спутника "1963 22ј".
—уть способа заключаетс€ в демпфировании либрационных колебаний путем воздействи€ на в€зкую жидкость, наход€щуюс€ в магнитоинерционных элементах  ј. ѕри этом магнитна€ часть элементов производит независимую от корпуса  ј ориентацию в магнитном поле. «емли при одновременном вращении корпуса. “ем самым производитс€ воздействие на в€зкую жидкость, наход€щуюс€ между магнитным элементом и корпусом  ј. «а счет в€зкого трени€ в жидкости производитс€ рассеивание энергии либрационных колебаний. ¬ процессе гашени€ либрационных колебаний магнитный элемент €вл€етс€ инерционной частью демпфера.
ѕо завершению демпфировани€ формируют управл€ющий гравитационный момент дл€ стабилизации углового положени€  ј путем направленного перераспределени€ магнитноинерционных элементов  ј. ѕри этом магнитный элемент €вл€етс€ одновременно и инерционной частью демпфера, и инерционной частью  ј, поскольку ". служит в качестве массы, увеличивающей моменты инерции спутника".
—истемы формировани€ требуемых управл€ющих моментов дл€ современных  ј стро€тс€ на принципах бескарданных инерционных систем (Ѕ»—). ”казанные принципы позвол€ют построить систему дл€ решени€ неограниченного круга задач ориентации  ј с различными классами исполнительных органов, например, с использованием силовых гироскопов.
“огда система-прототип включает в себ€ следующие блоки: блок датчиков угловых скоростей (Ѕƒ”—), блок формировани€ требуемого управл€ющего момента, магнитометр (вход€щий в состав блока датчиков внешней информации (Ѕƒ¬») системы-прототипа), блок задани€ параметров  ј и режимов ориентации (Ѕ«ѕ ј»–ќ), блок формировани€ демпфирующего момента (Ѕ‘ƒћ), блок формировани€ гравитационного управл€ющего момента (Ѕ‘√”ћ). ѕри этом три выхода Ѕƒ”— подключаютс€ к первому-третьему входам Ѕ‘“”ћ, три выхода магнитометра подключаютс€ к четвертому-шестому входу Ѕ‘“”ћ, а первый выход Ѕ«ѕ ј»–ќ подключен к седьмому входу Ѕ‘“”ћ. ѕервый выход Ѕ‘“”ћ подключен к входу Ѕ‘ƒћ и второй выход Ѕ‘“”ћ подключен к входу Ѕ‘√”ћ.
–аботает система-прототип аналогично системе-аналога, при этом Ѕ«ѕ ј»–ќ выполн€ет в том числе и функции Ѕ” ј. ќднако за счет расширени€ функциональных возможностей Ѕ«ѕ ј»–ќ, а также неограниченных возможностей Ѕ‘“”ћ при построении динамического и кинематического контуров системы ориентации с использованием информации с Ѕƒ¬», значительно расшир€ютс€ возможности применени€ магнитоинерционных исполнительных органов. “ак, например, использу€ из комплекта приборов (вход€щих в Ѕƒ¬») магнитометр, можно проводить отдельно магнитную стабилизацию  ј, зафиксировав при этом демпфер, или перевороты  ј путем изменени€ длины штанги. ј в системах ориентации, использующих активные и пассивные исполнительные органы, дополн€ть один другими. Ќапример, использовать режимы гравитационной разгрузки силовых гироскопов (режимы — √–) путем направленного приложени€ гравитационных разгрузочных моментов, которые, в свою очередь, формировать за счет выдвижени€ гравитационных штанг и т.д.
ћагнитный демпфер с в€зким трением выгл€дит следующим образом. ƒемпфер состоит из двух концентрических сфер, разделенных в€зкой жидкостью. ¬нутренн€€ сфера содержит стержневой магнит, св€зывающий ее с магнитным полем «емли. –азъемна€ внешн€€ сфера, состо€ща€ из немагнитного материала (провод€щего алюминиевого сплава типа ј -6, ј -8), жестко соединена со штангой. ѕосто€нной величины зазор между внутренней и внешней сферами обеспечиваетс€ без механических креплений диамагнитным материалом висмутом, который отталкиваетс€ стержневым магнитом и шестью подковообразными магнитами, создава€ центрирующие силы, преп€тствующие контакту между двум€ сферами.
¬осстанавливающий момент от гравитационного пол€ стремитс€ совместить ось минимального момента инерции (продольную ось) спутника с местной вертикалью и тем самым сообщить ему в плоскости орбиты угловую скорость, равную орбитальной. ¬нешн€€ сфера, жестко закрепленна€ на конце штанги, колеблетс€ вместе со спутником, а внутренн€€ сфера вместе с расположенным в ней стержневым магнитом взвешена в в€зкой жидкости. —вободный посто€нный магнит, отслежива€ вектор напр€женности магнитного пол€ «емли (ћѕ«), перемещаетс€ относительно внешней сферы. «а одно обращение спутника по орбите посто€нный магнит совершает два полных оборота согласно изменению направлени€ силовых линий геомагнитного пол€. ќтносительное движение спутника и посто€нного магнита обеспечивает рассеивание кинетической энергии вращени€ спутника. ƒемпфирование возникает за счет тормоз€щего действи€ в€зкой жидкости, а также вихревых токов, которые навод€тс€ во внешней сфере при относительном движении двух сфер.
“аким образом внутренние магниты €вл€ютс€ одновременно и инерционной массой демпфера, и инерционной массой  ј (в качестве массы, увеличивающей его моменты инерции).
ѕо сравнению с аналогом рассмотренный способ и исполнительный орган дл€ его реализации имеют следующие основные преимущества: инерционна€ масса демпфера служит одновременно в качестве массы дл€ направленного увеличени€ моментов инерции  ј; значение коэффициента демпфировани€ выше за счет увеличени€ объема жидкости, участвующего в процессе в€зкого трени€.
¬ качестве основных недостатков способа-прототипа, системы и устройства необходимо отметить следующие:
лишь незначительна€ часть внутреннего объема демпфера заполнена жидкостью, участвующей в демпфировании, что уменьшает значение коэффициента демпфировани€ ( д) и снижает тем самым эффективность демпфировани€ в целом;
в процессе демпфировани€ происходит нагрев в€зкой жидкости демпфера, и поскольку интенсивного отвода тепла нет, то снижаетс€ значение коэффициента эффективной в€зкости, что снижает, в свою очередь, эффективность демпфировани€;
объем демпфера заполн€етс€ не полностью и, следовательно, его масса, увеличивающа€ моменты инерции  ј, меньше возможностей дл€ данного объема и выбранного материала его заполнени€, а это значит, что и значение управл€ющего гравитационного момента, пропорционального момента инерции  ј, меньше возможного, что в свою очередь приводит к снижению эффективности управлени€;
по концу демпфировани€, из-за продолжающего несовпадени€ направлений гравитационного и магнитного полей, часть движени€ инерционного элемента демпфера через жидкость продолжает передатьс€  ј, тем самым снижаетс€ эффективность управлени€ из-за несовпадени€ направлений в действии магнитного и гравитационного управл€ющих моментов. Ѕолее того указанные возмущени€ могут привести к возникновению режима недемпфируемого вращени€  ј. “ехнический результат предлагаемых изобретений заключаетс€ в повышении эффективности управлени€ угловым движением  ј за счет увеличени€ значений демпфирующего и управл€ющего моментов.
ƒл€ получени€ технического результата:
1) ¬ способе формировани€ управл€ющих моментов  ј с магнитоинерционными исполнительными органами, включающем формирование демпфирующего момента путем воздействи€ на в€зкую жидкость в магнитоинерционных элементах  ј, а по завершению демпфировани€ управл€ющего момента путем перераспределени€ массы магнитоинерционных элементов  ј, формирование демпфирующего и управл€ющего моментов производ€т путем воздействи€ на седиментационно устойчивую высококонцентрированную магнитореологическую жидкость (¬ћ–∆), дл€ которой выполн€етс€ условие
gкр > nmax ˙ g где gкр значение ускорени€ критического фактора разделени€ ¬ћ–∆;
nmax значение коэффициента максимальной перегрузки  ј;
g ускорение свободного падени€ на поверхности «емли. ѕри этом перед демпфированием формирование демпфирующего момента производ€т путем намагничивани€ ¬ћ–∆ неоднородным магнитным полем с максимальным значением градиента напр€женности в центре симметрии демпфера и до момента достижени€ максимального коэффициента демпфировани€ ( д max), а в процессе демпфировани€ с помощью сил магнитного пол€ магнита, сформированного в результате воздействи€ на ¬ћ–ƒ, поддерживают значение путем магнитотеплового переноса охлажденной ¬ћ–∆ в зоне в€зкого трени€, а формирование управл€ющего момента, по окончанию демпфировани€, производ€т путем перераспределени€ массы в инерционных элементах за счет намагничивани€ ¬ћ–∆ до максимальной плотности в отвердевшем состо€нии при одновременном сохранении ее агрегативной устойчивости, при этом обеспечивают выполнение услови€
× где - единичный вектор остаточной намагниченности ¬ћ–∆; вектор гравитационного управл€ющего момента, создаваемого элементами инерционных масс  ј; вектор индукции магнитного пол€ планеты, а в случае возникновени€ повторных либрационных колебаний  ј, размагничивают ¬ћ–∆ неоднородным магнитным полем до получени€  д max и по окончанию демпфировани€ производ€т повторное формирование управл€ющего момента вышеуказанным образом.
2) ¬ системе дл€ реализации способа, включающей блок датчиков угловой скорости, блок определени€ требуемого управл€ющего момента, первый, второй, третий выход которого соединен соответственно с выходами блока датчиков угловой скорости, магнитометр, первый, второй, третий выходы которого соединены с четвертым, п€тым, шестым входом блока определени€ требуемого управл€ющего момента, блок задани€ параметров  ј и внешней среды, выход которого соединен с седьмым входом блока определени€ требуемого управл€ющего момента, магнитоинерционный исполнительный орган выполнен на основе магнитореологической жидкости и введены последовательно соединенные блок формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€, первый вход которого соединен с первым выходом блока определени€ требуемого управл€ющего момента, а второй вход соединен с выходом блока задани€ параметров  ј и внешней среды, блок формировани€ управл€ющих сигналов на приводы осей разворота магнитореологического исполнительного органа (ћ–»ќ), второй и третий вход которого соединены соответственно с вторым и третьим выходом блока формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€, магнитореологический исполнительный орган, второй и третий входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходом блока формировани€ управл€ющего сигнала на приводы осей разворота ћ–»ќ, а второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с третьим, четвертым и п€тым входом блока формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€, и блок формировани€ демпфирующего элемента ћ–»ќ, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€, третий вход соединен с вторым выходом блока определени€ требуемого управл€ющего момента, а первый и второй выходы соединены соответственно с четвертым и п€тым входом. ћ–»ќ, кроме этого введены последовательно соединенные блок формировани€ магнитных управл€ющих полей, блок формировани€ магнитоинерционного элемента ћ–»ќ и первый элемент »Ћ», выход которого соединен с шестым входом ћ–»ќ, а второй вход соединен с третьим выходом блока формировани€ демпфирующего элемента ћ–»ќ, четвертый и п€тый вход которого соединен соответственно с вторым и третьим выходом блока формировани€ магнитных управл€ющих полей, четвертый и п€тый выходы которого соединены соответственно с шестым и седьмым входами блока формировани€ демпфирующего элемента ћ–»ќ, второй элемент »Ћ», первый вход которого соединен с четвертым выходом блока формировани€ демпфирующего элемента ћ–»ќ, второй вход соединен со вторым выходом блока формировани€ магнитоинерционного элемента ћ–»ќ, а выход соединен с седьмым входом ћ–»ќ, первый выход которого также соединен с восьмым входом блока определени€ требуемого управл€ющего момента, дев€тый вход которого соединен с четвертым выходом блока формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€, третий выход соединен с восьмым входом ћ–»ќ, а четвертый выход соединен со вторым входом блока формировани€ магнитоинерционного элемента ћ–»ќ,третий вход которого соединен с шестым выходом блока формировани€ магнитных управл€ющих полей, причем четвертый выход блока формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€ соединен также с дев€тым входом ћ–»ќ, первый выход которого соединен также с п€тым входом блока формировани€ магнитоинерционного элемента ћ–»ќ, а первый, второй и третий выходы магнитометра соединены соответственно с шестым, седьмым и восьмым входом блока формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€, магнитоинерционный исполнительный орган включает сферический корпус, выполненный из немагнитного материала, в€зкую магнитореологическую жидкость, расположенную между корпусом и инерционной массой, кроме того устройство содержит компенсатор жидкости дл€ ¬ћ–∆, два перепускных клапана, две соединительные трубки, холодильник, два электромагнита, кожух-магнитопровод, три пары бесколлекторных электродвигателей расположенных по ос€м управлени€ ќ’, ќ”, ќZ, три датчика измерени€ скорости относительного линейного движени€ сферического корпуса по ос€м ќ’, ќ”, ќZ, трехстепенной электромеханический фиксатор корпуса устройства, при этом перва€ соединительна€ трубка через первый перепускной клапан соедин€ет выходное отверстие корпуса с входным отверстием компенсатора жидкости дл€ ¬ћ–∆, а втора€ соединительна€ трубка соедин€ет выходное отверстие компенсатора жидкости дл€ ¬ћ–∆, через второй перепускной клапан, с входным отверстием корпуса, при этом сама втора€ соединительна€ трубка проходит через холодильник, который расположен в магнитном поле действи€ формируемого с ¬ћ–∆ посто€нного магнита, два электромагнита, закрытые кожухом-магнитопроводом, расположены так, что их обща€ продольна€ ось проходит через центр сферического корпуса устройства, сферический корпус устройства симметрично расположен внутри трех пар статорных обмоток бесколлекторных электродвигателей, а каждый из трех датчиков измерени€ скорости жестко закреплен в статорные обмотки каждой из трех пар указанных электродвигателей. ѕри этом первым, вторым и третьим входом ћ–»ќ соответственно €вл€ютс€ статорные обмотки первого, второго и третьего электродвигателей, четвертым и шестым входом обмотка первого электромагнита, п€тым и седьмым входом обмотки второго электромагнита, восьмым и дев€тым входом обмотка электромеханического фиксатора, а выходами соответственно сигнальный выход фиксатора и выходы датчиков скорости относительного перемещени€;
3) ¬ магнитоинерционном исполнительном органе, включающем сферический корпус, выполненный из немагнитного материала, в€зкую магнитореологическую жидкость, расположенную между корпусом и инерционной массой, кроме того устройство содержит компенсатор жидкости дл€ ¬ћ–∆, два перепускных клапана, две соединительные трубки, холодильник, два электромагнита, кожух-магнитопровод, три пары бесколлекторных электродвигателей, расположенных по ос€м управлени€ ќ’, ќ”, ќZ, три датчика измерени€ скорости относительно линейного движени€ сферического корпуса по ос€м ќ’, ќ”, ќZ, трехстепенной электромеханический фиксатор корпуса устройства, при этом перва€ соединительна€ трубка через первый перепускной клапан соедин€ет выходное отверстие корпуса с входным отверстием компенсатора жидкости дл€ ¬ћ–∆, а втора€ соединительна€ трубка соедин€ет выходное отверстие компенсатора жидкости дл€ ¬ћ–∆, через второй перепускной клапан, с входным отверстием корпуса, при этом сама втора€ соединительна€ труба проходит через холодильник, который расположен в магнитном поле действи€ формируемого с ¬ћ–∆ посто€нного магнита, два электромагнита, закрытые кожухом-магнитопроводом, расположены так, что их обща€ продольна€ ось проходит через центр сферического корпуса устройства, сферический корпус устройства симметрично расположен внутри трех пар статорных обмоток бесколлекторных электродвигателей, а каждый из трех датчиков измерени€ скорости жестко закреплен в статорные обмотки каждой из трех пар указанных электродвигателей.
¬ведение новых признаков в предлагаемый "—пособ." позвол€ет достичь указанного технического результата. “ак использование ¬ћ–∆ в качестве демпфирующего элемента и перечень указанных действий по формированию демпфирующего момента позвол€ет повысить эффективность процесса демпфировани€ за счет увеличени€ (по сравнению с прототипом) коэффициента демпфировани€. Ёффект достигаетс€ путем увеличени€ объема демпфирующей жидкости при фиксированных конструкторских и инерционно-массовых характеристиках демпфера.
¬ процессе демпфировани€ за счет магнитотеплового переноса охлажденной ¬ћ–∆ в зоны повышенного нагрева удаетс€ сохранить максимальное значение коэффициента демпфировани€ и тем самым поддерживать максимально возможную эффективность процесса до его завершени€.
ѕосле перехода в режим управлени€ угловым движением  ј, сформированные действи€ по направленному намагничиванию ¬ћ–∆ и управлению сформированным посто€нным магнитом позвол€ют устранить несовпадение в приложении магнитного и гравитационного управл€ющих моментов, тем самым суммировать указанные моменты, добива€сь максимально эффективного управлени€  ј. Ќамагничивание ¬ћ–∆ до максимальной плотности в отвердевшем состо€нии позвол€ет увеличить абсолютное значение управл€ющего гравитационного момента за счет перераспределени€ массы жидкости путем изменени€ ее плотности, что также увеличивает эффективность управлени€  ј.
—охранение агрегативной устойчивости ¬ћ–∆ при намагничивании позвол€ет проводить процесс размагничивани€ с сохранением магнитореологических свойств жидкости. Ёто дает возможность неограниченно циклировать переходы с режимов демпфировани€ в режимы управлени€ угловым движением  ј и обратно.
¬ыбор ¬ћ–∆ с учетом седиментационной устойчивости позвол€ет сохранить магнитореологические свойства жидкости при действии осевых перегрузок на  ј и тем самым обеспечить выполнимость режимов демпфировани€ и управлени€ его угловым движением.
–азработанна€ "—истема.", за счет вновь разработанного магнитореологического исполнительного органа и вновь введенных блоков реализующих предлагаемый способ в целом, позвол€ет: повысить эффективность демпфировани€ и сократить тем самым врем€ либрационных колебаний  ј; устранить противодействи€ магнитного и гравитационного управл€ющего моментов при выполнении заданных режимов ориентации; увеличить эффективность управлени€ за счет увеличени€ управл€ющего момента.  оличественные оценки по указанным техническим результатом даютс€ далее, по мере расчета конкретных характеристик системы ориентации  ј.
ћагнитореологический исполнительный орган €вл€етс€ основным в разработанной "—истеме. ", реализующей предложенный способ. ѕри этом сферический корпус демпфера, в отличии от прототипа, полностью заполн€етс€ демпфирующей жидкостью, а сформированный путем намагничивани€ ¬ћ–∆ магнит, играет роль посто€нных магнитов, присутствующих в устройстве-прототипе. ѕоскольку коэффициент демпфировани€  д пропорционален коэффициенту эффективной в€зкости жидкости ( ηэ ) и объему жидкости, участвующему в трении Vж.т., то при равных ηэ большим будет значение  д дл€ большего объема Vж.т. ≈сли в устройстве-прототипе объем трущейс€ жидкости определ€ет слой, расположенный между поверхност€ми внутренней и наружной сфер демпфера, то в предлагаемом техническом решении в трении участвуют практически вс€ жидкость, разделенна€ на слои за счет разной степени их намагничивани€. —ледовательно,  д при равных конструктивных размерах внешней сферы демпфера будет выше в предлагаемом "”стройстве.". ¬ключение холодильника в гидравлический контур демпфера позвол€ет по мере нагрева трущихс€ слоев жидкости (с помощью магнитных сил сформированного внутреннего магнита) осуществл€ть магнитотепловой перенос охлажденной жидкости в зоны трени€ и тем самым сохран€ть максимальное значение  д, на которое настраиваетс€ демпфер в процессе изготовлени€ и настройки (процесс настройки будет показан далее). “аким образом осуществл€етс€ посто€нное поддерживание в процессе демпфировани€ максимального значени€  д, что не предусматриваетс€ в устройстве-прототипе. —ледовательно, и за этот счет эффективность демпфировани€ в предлагаемом устройстве выше.
»спользование сферического корпуса- магнита в качестве ротора трех бесколлекторных электродвигателей позвол€ет неограниченно управл€ть его угловым положением и тем самым разворачивать вектор остаточной намагниченности так, чтобы магнитный управл€ющий момент совпадал с требуемым гравитационным управл€ющим моментом. “аким образом достигаетс€ наибольшее из возможных значений суммарного вектора управл€ющего магнитогравитационного момента, действующего на  ј, и тем самым достигаетс€ максимальна€ эффективность управлени€.
–ассмотрим подробно пути достижени€ предлагаемого технического результата с обоснованием и количественными оценками дл€ конкретных конструкций.
Ќа современном этапе познани€ класс магнитореологических жидкостей ћ–∆ объедин€ет в себ€ магнитные жидкости и агрегативно-седиментационно устойчивые ферромагнитные суспензии, рассматриваемые как высококонцентрированные магнитореологические жидкости ¬ћ–∆. ¬ частности, в предлагаемых изобретени€х используютс€ реологические свойства ћ–∆ изменение в€зкости в магнитном поле, а также увлечение ее вращающимс€ магнитным полем (¬ полем). »звестно также, что ¬ћ–∆ измен€ют в магнитном поле свою в€зкость вплоть до отверждени€ без расслоени€, при этом их сдвигова€ прочность достигает 2,5 к√с/см2. ¬ыбранна€ ћ–∆ должна обладать седиментационной устойчивостью, св€занной с оседанием твердых частиц в силовых пол€х. ƒл€ данного случа€ применени€ в качестве силового пол€ необходимо рассматривать те перегрузки, которые испытывает  ј в процессе выполнени€ своей программы полета (от выведени€ на рабочую орбиту до выполнени€ орбитальных маневров). »сход€ из этого, дл€ седиментационной устойчивости, выбранной ћ–∆ должно соблюдатьс€ условие. gкр > nmax ˙ g (1) где gкр значение ускорени€ критического фактора разделени€ ћ–∆; nmax- значение максимального коэффициента перегрузки  ј; g ускорение свободного падени€ на поверхности «емли.
ѕри этом gкр выбираетс€ с учетом рабочего диапазона температур ћ–∆ (наименьшее из возможных значений) и при условии что жидкость в процессе испытаний посто€нно находитс€ под воздействием магнитного пол€, напр€женность которого соответствует напр€женности магнитного пол€ в различных точках рабочей орбиты  ј (например, измен€ющегос€ магнитного пол€ «емли).
«аполним сферу, изготовленную из немагнитного материала, однородной по концентрации, изотермической ¬ћ–∆ и создадим магнитное поле с точкой максимальной напр€женности Ќmax в центре симметрии, вокруг которой величина пол€ уменьшалась бы во всех направлени€х. “акое поле можно создать различными способами, в частности, например, с помощью двух пр€мых магнитов, разноименные полосы которых обладают одинаковой намагниченностью, причем направлены навстречу друг к другу. —хема указанного намагничивани€ указана на фиг.1, где введены следующие обозначени€: 1 сфера (корпус) заполненна€(ый) ¬ћ–«, 2 наконечник электромагнита, 3 катушка электромагнита, 4 наружный кожух дл€ обратного магнитного потока.
—трелками показано направление магнитных силовых линий.
¬еличина напр€женности магнитного пол€ Ќ регулируетс€ величиной тока в катушке электромагнита. ѕри этом можно достичь такой намагниченности ћ1: ћ1о ˙ Ќ1, (2) где ’о магнитна€ восприимчивость ¬ћ–∆, при которой в центре сферы произойдет частичное отвердение жидкости.
¬рем€ намагничивани€ составл€ет ≈10-7 с.
“аким образом, после сн€ти€ действи€ внешнего магнитного пол€ на ¬ћ–∆, внутри сферы остаетс€ посто€нный магнит, близкий к цилиндрической форме, намагниченный вдоль своей оси и создающий тем самым свое магнитное поле. ¬екторы его намагниченности ћ1 и напр€женности пол€ Ќ1можно считать параллельными. Ќа определенной высоте силы, действующие на магнит (магнитна€ объемна€ сила, архимедова сила и сила т€жести), уравновешиваютс€ и он самоцентрируетс€ в объеме магнитной жидкости, ограниченной немагнитными стенками.
≈сли поместить сферу заполненную ¬ћ–∆ с магнитом во вращающеес€ внешнее магнитное поле, то магнит будет ориентироватьс€ вдоль магнитных силовых линий внешнего пол€. Ёто приведет к вращению не только магнита, но и слоев жидкости вокруг него.
ћеханизм воздействи€ магнитного пол€ посто€нного магнита на жидкость обусловлен ее структурой: магнитное поле взаимодействует с твердыми частицами, привод€ их во вращательное движение. „астицы передают это воздействие прилегающим сло€м жидкости. ќно посредством в€зкого трени€ распростран€етс€ по жидкой фазе. —лои жидкости определ€ютс€ разной концентрацией твердых частиц, котора€, в свою очередь, определ€етс€ разной степенью намагниченности жидкости от заданного градиента напр€женности первоначального намагничивани€.
¬ сдвиговом потоке на твердую частицу действует момент в€зких сил, привод€щий ее во вращение с угловой скоростью гидродинамического вихр€ = где локальна€ углова€ скорость вращени€ элемента жидкости. ћагнитное поле ориентирует магнитный момент частицы и при наличии св€зи между моментом и частицей затрудн€ет ее свободное вращение. –азность возникающа€ под действием пол€, приводит к локальным градиентам скорости в жидкой основе вблизи частиц. Ётот механизм внутреннего трени€ про€вл€етс€ в увеличении эффективной в€зкости магнитной жидкости.
—ледовательно в процессе в€зкого трени€ участвует не только слой, прилегающий к поверхности сферы, но и практически вс€ ¬ћ–∆, наход€ща€с€ в жидкой фазе. Ќамагниченность посто€нного магнита, образованного внутри демпфера, определ€ет практически величину сдвиговых напр€жений в сло€х вращающейс€ жидкости. — увеличением намагниченности сдвиговые напр€жени€ растут вплоть до послойного отвердевани€ жидкости.
—фера, жестко закрепленна€ на  ј, будет колебатьс€ вместе с ним. ј посто€нный магнит, взвешенный в ¬ћ–∆, будет отслеживать вектор напр€женности магнитного пол€ «емли и перемещатьс€ вместе со сло€ми жидкости относительно сферы. ќсновное демпфирование происходит за счет тормоз€щего действи€ в€зкой ¬ћ–∆. ƒемпфированием от вихревых токов, которые могут наводитьс€ в оболочке сферы при относительном движении в ней ¬ћ–∆, можно пренебречь вследствие незначительных величин указанных токов. ѕри вли€нии этих токов на датчиковую аппаратуру  ј от них можно полностью избавитьс€, изготовив корпус сферы из материала немагнитного диэлектрика (например, эбонита).
¬еличина демпфирующего момента ћg действующего на  ј определ€етс€ выражением
Mд Kд ˙ W, где Kg коэффициент демпфировани€; W углова€ скорость вращени€  ј.
—ледовательно, при фиксированной W эффективность демпфировани€ зависит от  g. ѕоэтому стоит задача определени€ максимального значени€ Kg дл€ различных типов демпферов на основе ћ–∆.
ƒл€ любого типа демпфера на основе ћ–∆  g можно представить в общем виде
Kд= Vж.т (4) где среднее значение коэффициента эффективной в€зкости трущихс€ слоев жидкости внутри демпфера (по аналогии со средней равновесной намагниченностью жидкости ; Vж.т. объем жидкости, участвующий в процессе трени€.
«начение коэффициента зависит от целого р€да факторов: от магнитных свойств ћ–∆ при намагничивании, определ€емых в свою очередь составом жидкости, способом ее получени€, точностью выполнени€ технологических операций при ее получении; от температуры; от скорости сдвига; от напр€женности внешнего пол€; от характера течени€ жидкости, определ€емого формами и размерами демпфера и сформированного магнита.  роме этого дл€ выбранной ¬ћ–∆ и при фиксированных размерах демпфера значени€ и Vж.т. также взаимозависимы. “ак, по мере повышени€ напр€женности магнитного пол€ в центре демпфера, увеличиваютс€ размеры сформированного посто€нного магнита и соответственно его намагниченность . Ќамагниченность увеличивает значение сдвиговых напр€жений в сло€х жидкости и тем самым увеличиваетс€ значение с одной стороны, но при этом уменьшаетс€ величина Vж.т.
«ависимость эффективной в€зкости от всех перечисленных факторов определ€етс€ опытным путем.
ƒл€ случа€ с демпфером нет смысла определ€ть по отдельности как , так и Vж.т., а удобнее всего сразу определить  д, использу€ дл€ этого выражение, определ€ющее мощность (Nд) демпфера: Nд ћд ˙ W (5) или с учетом (2) Nд Kд ˙ W2 (6) “огда работа в€зких сил демпфера (јд) будет равн€тьс€ Aд Kд ˙ W2 ˙ Δt, (7) где Δt интервал времени работы в€зких сил демпфера.
¬ результате диссипации в процессе вращени€ кинематическа€ энерги€ превращени€ в тепло ΔQ: Δ Q Cm Δ T, (8) где — удельна€ темплоемкость (ƒж/кг х хград); m масса жидкости (кг); Δ “ приращение температуры за врем€ Δ t (град).
ѕриравн€в выражени€ (7) и (8) определим  g Kд= (9)
ƒл€ определени€ реального  д необходимо смоделировать процесс демпфировани€ и тогда точность в определении будет зависеть от степени тождественности модели работы демпфера.
—хема варианта модели представлена на фиг.2, где введены следующие обозначени€: 5 редуктор привода; 6 -электродвигатель привода, 7 подшипники, 8 термодатчик, 9 скольз€щие контакты термодатчика, 10 блок измерени€ температуры, 11 магнит имитации ћѕ«, 12 внутренний магнит.
— помощью электропривода, состо€щего из электродвигател€ 6 и редуктора 5, можно придать сферическому корпусу 1 заданную угловую скорость вращени€ W по оси подвеса, образованного подшипниками 7. “ермодатчик 8, установленный в корпусе 1, через скольз€щие контакты 9 позвол€ет в блоке 10 производить оценку температурного режима. ѕримером реализации устройства 8, 9 может служить структурна€ схема термопреобразовател€ с кодовым выходным сигналом, включающа€ чувствительный элемент (термопреобразователь сопротивлени€), усилитель, аналогово-цифровой преобразователь (ј÷ѕ) и преобразователь параллельного кода ј÷ѕ в последовательный. ¬ свою очередь преобразователь параллельного кода ј÷ѕ в последовательный своим выходом подключен к Ё¬ћ.
—монтированна€ схема помещаетс€ в поле внешнего магнита 11 (имитирующего ћѕ«) таким образом, чтобы продольные оси корпуса 1 и магнита 11 совпадали. ƒо указанного размещени€ ¬ћ–∆ проходит намагничивание в соответствии со схемой указанной на фиг.1 до получени€ внутреннего магнита 12. ѕервоначальное намагничивание производим до величины Ќmax H1, где Ќ1 напр€женность магнитного пол€, обеспечивающего начало превращени€ ¬ћ–∆ в твердую фазу. ƒалее, включив привод во вращение с угловой скоростью, фиксируем врем€ Δ t, за которое происходит нагрев жидкости на величину Δ “. ѕри этом диапазон температурного нагрева выбираем в середине предполагаемого диапазона рабочего изменени€ температур жидкости демпфера.
ѕредполага€ что магнитные свойства дисперсной фазы ¬ћ–∆ в выбранном температурном диапазоне посто€нны* и в€зкость ¬ћ–∆ поэтому лишь незначительно зависит от температуры в этом же диапазоне, определ€ем по выражению (9) значение коэффициента  д1.
*Ёксперименты с магнитореологическими ферросуспензи€ми показали приемлемость указанного получени€ в температурном диапазоне 293.333о .
ѕолученное значение  д1 соответствует значению Ќ1, т.е. Kд1 f(H1). ¬арьиру€ внешним магнитным полем дл€ намагничивани€ ¬ћ–∆, получим зависимость Kд f(H) (10) ѕон€тно, что по зависимости (10) будет получена выпукла€ крива€, в которой значени€  д будут расти до некоторого значени€ Kд maх, а затем подать так как в пределе Kд= 0 при полностью затвердевшей жидкости. «начение Kд max фиксируетс€ в качестве рабочего коэффициента демпфировани€, а Ќд max в качестве рабочей напр€женности магнитного пол€.
 ак видно из приведенного выше описани€, весь процесс демпфировани€ рассматривалс€ лишь качественно. Ќе оговаривалс€ состав ¬ћ–∆ и количественные характеристики ее свойств, сферическа€ форма демпфера выбиралась чисто условно. ќднако руководству€сь вышеизложенным можно получить искомое значение Kg max вне зависимости от состава ¬ћ–∆ и формы демпфера, т.е. формирование демпфирующего момента производитс€ путем намагничивани€ жидкости неоднородным магнитным полем с максимальным значением градиента напр€женности в центре симметрии демпфера и до момента достижени€ Kgmax при одновременном формировании из материала ¬ћ–∆ посто€нного магнита.
¬ процессе демпфировани€ происходит превращение механической энергии либрационных колебаний в тепловую, что вызывает разогрев жидкости. ј с повышением ее температуры уменьшаетс€ значение коэффициента эффективной в€зкости, что приводит к уменьшению коэффициента демпфировани€ и тем самым к уменьшению значени€ демпфирующего момента.
ѕоддержание значени€  д max в процессе демпфировани€ предлагаетс€ проводить на основе эффекта магнитотеплового переноса охлажденной жидкости в зоны в€зкого трени€ под действием силы магнитного пол€ сформованного магнита.
ѕо€снение сути предлагаемого решени€ проведем на основе очередного стендового испытани€ сферического демпфера.
Ќа фиг.3,4 показано устройство дл€ проведени€ такого испытани€. ѕри этом (кроме ранее введенных) представлены следующие обозначени€: 13 оболочка сферического корпуса 1; 14 ¬ћ–∆, 15 вал оси подвеса корпуса, 16 корпус стенда, 17 подшипниковый узел с магнитожидкостным уплотнением вала, 18 ведома€ шестерн€ привода, 19 заглушка вала оси подвеса, 20 перва€ соединительна€ трубка (гор€чей жидкости), 21 втора€ соединительна€ трубка (холодной жидкости), 22 компенсатор жидкости дл€ ¬ћ–∆, 23 холодильник, 24 заправочна€ горловина.
ƒополнительно показаны:
ј обозначение в общей конструкции подшипникового узла;
N,S полюса условно показанного магнита (фиг.2);
направлени€ движени€ "гор€чей" и "холодной" жидкости.
Ќа фиг.5 представлена кинематическа€ схема устройства, где прин€ты следующие обозначени€: 25- электропривод вращени€ корпуса, 26 ведуща€ шестерн€ привода вращени€ корпуса, 27 электромагнит (имитатор магнита 11), 28 рамка подвеса электромагнитов, 29 кожух-магнитопровод, 30 привод рамки подвеса электромагнитов.
—трелками показаны возможные направлени€ вращени€ рамки подвеса электромагнита. —ферический корпус 13, выполненный из немагнитного материала, заполн€етс€ ¬ћ–∆ 14. ¬ качестве примера ¬ћ–∆ можно рассматривать ферросуспензии на основе карбонильного железа с объемной концентрацией ϕ= 1%9% дисперсной средой которых €вл€етс€ гидравлическа€ жидкость јћ√-10, а в качестве стабилизатора (поверхностно-активного вещества) примен€етс€ стеариновокислый алюминий, объемна€ концентраци€ которого составл€ет 8%
ƒва полых вала оси подвеса 15 сферического корпуса устройства, прикрепленные к корпусу стенда 16, установлены в подшипниковые узы 17 с магнитожидкостными уплотнител€ми. —ами узлы 17 своими посадочными местами креп€тс€ к наплывным элементам корпуса 13.  роме этого к одному из двух наплывных элементов крепитс€ ведома€ шестерн€ 18 привода корпуса. ћагнитожидкостные уплотнени€ подшипниковых узлов преп€тствуют вытеканию ¬ћ–∆ 14. ѕо ос€м каждого из валов в полости установлены заглушки 19 с вмонтированными трубками 20 и 21 дл€ циркул€ции "гор€чей" и "холодной" жидкости соответственно. “рубка 20 крепитс€ к входу компенсатора жидкости 22, а к выходу компенсатора 22 крепитс€ трубка 21. ѕри этом на пути от выхода компенсатора 22 до входа в корпус 13, из части трубки 21 сформирован змеевик, помещенный в холодильник 23. ѕримером реализации компенсатора 22 может служить компенсатор, примен€емый в жидкостной системе терморегулировани€, а в качестве холодильника 24 может служить радиационный теплообменник. “рубки 20 и 21 выполнены из немагнитного материала (12), а змеевик вместе с холодильником 23 наход€тс€ в зоне действи€ магнитного пол€, формируемого магнитом 12. √орловина 24 служит дл€ заправки полостей устройства ¬ћ–∆ 14. ѕри этом, при заливке через одну из горловин друга€ служит дл€ откачки воздуха.
¬ то врем€ как валы 15 и подшипниковые узлы 17 содержат магнитом€гкие материалы, способные к намагничиванию (по услови€м работы магнитожидкостных уплотнений), заглушка 19 выполн€етс€ из диамагнитного материала. Ёто позвол€ет не создавать локальные магнитные пол€ и не преп€тствовать тем самым циркул€ции жидкости, обладающей остаточной намагниченностью, по трубкам 20 и 21.
Ёлектропривод 25 через ведущую шестерню 26, наход€щуюс€ в зацеплении с ведомой шестерней 18, может вращать корпус 13 устройства относительно оси подвеса. ƒва электромагнита 27 закреплены соосно в рамке подвеса 28.  ожух-магнитопровод 29 электромагнитов 27, выполненный из магнитом€гкого материала в виде сегментарно усеченной полой сферы, закреплен к корпусу стенда 16. –амка подвеса 28 может вращатьс€ приводом 30 по указанным стрелками направлени€м вплоть до технологических упоров, которыми €вл€ютс€ места креплений валов 15 к корпусу стенда 16.
ѕосле намагничивани€ ¬ћ–∆ 13 электромагнитом 28 до сформировани€ посто€нного магнита 12, корпус 13 с помощью электропривода 25 вращаем с угловой скоростью ω ѕри этом остаточной намагниченностью сердечников электромагнитов 28 имитируем действие внешнего магнитного пол€ (действие магнита 11). —формированный магнит 12 будет стремитьс€ зан€ть положение вдоль магнитных силовых линий магнита 11. ¬ зоне действи€ магнитных силовых линий посто€нного магнита 12 находитс€ холодильник 23 (фиг.4).
¬ результате в€зкого трени€ внутри жидкости происходит ее разогрев. ѕоскольку дл€ ферромагнитных материалов намагниченность €вл€етс€ функцией как напр€женности Ќ магнитного пол€, так и температуры, то при посто€нном значении Ќ магнита 12 намагниченность жидкости будет зависеть только от ее температуры. ѕричем разогретые слои жидкости будут обладать меньшей намагниченностью (ћ2) чем холодные слои, намагниченность которых ћ1. ¬ результате, на столб жидкости единичного поперечного сечени€ будет действовать результирующа€ сила. F μo ˙ H(M1 M2), (11) где μo- магнитна€ проницаемость вакуума.
—ледовательно, более холодна€ часть жидкости из змеевика холодильника 23 будет вт€гиватьс€ магнитом 12 в зону в€зкого трени€ и вытесн€ть более разогретую часть жидкости. ѕри повторном охлаждении жидкости ее намагниченность возрастет, возникает циркул€ци€ жидкости в замкнутом контуре, котора€ усиливаетс€ с ростом разницы температур. “ем самым "сбрасываетс€" часть тепли и обеспечиваетс€ значение  д max.
¬ процессе реального демпфировани€ либрационных колебаний, магнит 12 за счет своего вращени€ в корпусе может приближатьс€ или удал€тьс€ от жестко закрепленного на корпусе  ј холодильника, что приводит к некоторым изменени€м значений Ќ в месте расположени€ холодильника (разные точки магнитного пол€ "накрывают" холодильник в процессе вращени€ магнита). ƒл€ имитации именно этого процесса предназначен подвес 28 электромагнитов 27, позвол€ющий под разными углами относительно базовой системы отсчета производить намагничивание жидкости (в качестве базовой, можно вз€ть систему координат, например, св€занную с ос€ми демпфера: начало отсчета "ќ" совпадает с центром симметрии демпфера; ось ќ’ совпадает с направлением оси вращени€ демпфера; ось ќ” перпендикул€рна ќ’ и совпадает с направлением исходного намагничивани€; ось ќZ дополн€ет систему до правой).
»сход€ из услови€ поддержани€ равновесного диапазона температуры жидкости, при котором в заданных услови€х демпфировани€ поддерживаетс€ K д max, можно определить расчетную мощность холодильника дл€ сброса тепла (расчетные зависимости будут представлены далее, при описании устройства реализующего способ). ј с помощью вышеописанных испытаний можно уточнить расчетные величины дл€ конкретных конструктивных особенностей демпфера, использу€ при этом показани€ температурных датчиков 8, установленных в зонах выхода "гор€чей" жидкости. ѕо показани€м указанных датчиков регулируетс€ степень охлаждени€ жидкости в холодильнике 28.
ѕосле демпфировани€ собственных колебаний (либраций)  ј, гравитационным полем планеты создаютс€ управл€ющие моменты, восстанавливающие его требуемую ориентацию. ƒл€ этого производитс€ направленное перераспределение масс  ј путем перемещени€ элементов конструкции, в частности, выдвижных гравитационных штанг. “аким образом, в рассмотренном ранее способе-прототипе момент инерции увеличиваетс€ за счет увеличени€ радиуса инерции элементов конструкции фиксированной массы. ќдним из указанных элементов €вл€етс€ магнитоинерционный демпфер.
 ак отмечалось выше, разные по направлению демпфирующий магнитный () и управл€ющий гравитационный () моменты привод€т к наличию ошибки ориентации, так как неравномерное вращение вектора напр€женности магнитного пол€ планеты (например, геомагнитного) в базовой системе координат (например орбитальной) вызывает возмущени€ в движении  ј. –ассмотрим, как в предлагаемом способе устран€етс€ указанный недостаток и увеличиваетс€ эффективность управлени€.
≈сли продолжить намагничивание в соответствии со схемой на фиг.1, далее, и после получени€  д max, то при определенном критическом значении Ќкр вс€ ¬ћ–∆ перейдет в твердое состо€ние. ѕри этом указанную схему намагничивани€ необходимо дополнить емкост€ми с однородной жидкостью, соединенными с емкостью корпуса и наход€щимис€ в поле действи€ электромагнитов (фиг.4). Ќаличие дополнительных емкостей позволит произвести концентрацию магнитных частиц в области наибольшей напр€женности магнитного пол€ путем их "отсасывани€" из области с меньшей напр€женностью. «а счет указанного перераспределени€ намагниченных частиц и произойдет указанное затвердевание жидкости.
ѕосле затвердевани€ демпфер превращаетс€ фактически в посто€нный магнит с остаточной намагниченностью и вектором магнитного момента V где V объем магнита. ¬место демпфирующего на  ј будет действовать управл€ющий магнитный момент B V (12) где вектор индукции магнитного пол€ планеты.
ƒл€ того чтобы действие векторов , правило к наиболее эффективному результату, необходимо, чтобы направлени€ их действий совпадали (13) ≈сли записать выражение (12) с учетом (13), то получим × (14) из которого определ€етс€ единичный вектор намагничивани€ × (15) —ледовательно, если сформирован с учетом (15), то действи€ магнитного и гравитационного моментов будут суммироватьс€ в направлении указанного вектора. Ќикакого "противодействи€" между векторами и не происходит, т. е. указанные управл€ющие моменты по своей направленности действи€ используютс€ максимально эффективно.
 роме указанного, повышенна€ эффективность одновременно достигаетс€ также за счет увеличени€ значени€ , так как повышаетс€ плотность инерционной массы при намагничивании. ѕричем имеетс€ в виду увеличение плотности вещества более удаленного от центра масс  ј. ≈сли вз€ть, например, исходную плотность магнитореологической ферросуспензии с объемной концентрацией твердой фазы ( ϕ ) от 1% до 9% то после намагничивани€ можно получить ϕ пор€дка 25.27% где значение ϕ определ€етс€ границей агрегативной устойчивости ¬ћ–∆. —ледовательно, за счет увеличени€ числа частиц твердой фазы (наибольшей по плотности среди других составл€ющих ¬ћ–∆) в единице объема плотность ¬ћ–∆ повышаетс€ и намагничивание необходимо проводить не просто до затвердевани€ жидкости, а до получени€ максимальной плотности ( ρж.max ).
ќчевидно, что возможно совмещени€ двух вышерассмотренных способов направленного перераспределени€ инерционных масс  ј (способа-прототипа и предлагаемого способа), что также повышает эффективность управлени€ за счет увеличени€ значени€ .
¬ процессе выполнени€ программы полета либрационные колебани€  ј могут повторно возникать (например, при раскрытии дополнительных солнечных батарей, антенн и т.д.). ¬ таком случае потребуетс€ гашение указанных колебаний. ¬ыполнение условий агрегативной устойчивости дл€ ¬ћ–∆ при намагничивании, позвол€ет произвести размагничивание жидкости до состо€ни€ соответствующего началу демпфировани€ (до  д max). ƒл€ этого создаетс€ магнитное после обратное вектору , а величина напр€женности Ќг этого пол€ определ€етс€ по заранее установленной кривой петли магнитного гистерезиса дл€ данного ферромагнетика. ѕричем остаточна€ намагниченность ¬ћ–∆ должна сформировать внутри исполнительного органа посто€нный магнит (фиг.2), при котором мы получим в процессе демпфировани€  д max.
ќпределение Ќr производитс€ опытным путем (в силу множества изложенных ранее факторов, определ€ющих свойства ¬ћ–∆). ƒл€ этого производитс€ постепенное (пошаговое) размагничивание ¬ћ–∆ обратным неоднородным магнитным полем, начина€ с малых величин Ќ. ѕосле каждого шага провод€тс€ испытани€ на стенде по ранее рассмотренной схеме, представленной на фиг.2, в результате которых строитс€ зависимость Kд= f(), (16) где значени€ напр€женности внешнего магнитного пол€ при размагничивании.
«ависимость (16) позвол€ет определ€ть искомое значение Ќr, соответствующее  д max.
ѕо завершению демпфировани€ необходимо продолжить управление угловым положением  ј. ƒл€ этого производитс€ повторное намагничивание ¬ћ–∆ до ее полного затвердевани€ с выполнением услови€ (15) и получением ρж.max.
–ассмотрим систему и магнитореологический исполнительный орган системы формировани€ управл€ющих моментов, реализующие предлагаемый способ. Ќа фиг.6 представлена структурна€ схема предлагаемой системы. Ѕлоки 31-34 и функциональные св€зи между ними вход€т в состав системы-прототипа. ѕри этом Ѕƒ”— 31 своими трем€ выходами соединен с первым-третьим входами Ѕ‘“”ћ 32, трехканальный магнитометр 33 (вход€щий в состав Ѕƒ¬») своими выходами соединен с четвертым-шестым входами Ѕ‘“”ћ 32, а Ѕ«ѕ ј»–ќ 34 своим первым выходом соединен с седьмым входом Ѕ‘“”ћ 32. ¬место блоков Ѕ‘ƒћ и Ѕ‘√”ћ прототипа введен магнитоинерционный исполнительный орган на основе магнитореологической жидкости (ћ–»ќ) 35.  роме этого в систему дополнительно включены следующие блоки: 36 блок формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€ магнитоинерционным элементом ћ–»ќ (Ѕ‘  ”ћ»Ё); 37 блок формировани€ управл€ющих сигналов на приводе осей разворота магнитоинерционного элемента ћ–»ќ (Ѕ‘”—Ќѕќ–ћ»Ё); 38 блок формировани€ демпфирующего элемента ћ–»ќ (Ѕ‘ƒЁ); 39 блок формировани€ магнитоинерционного элемента ћ–»ќ (Ѕ‘ћ»Ё); 40 блок формировани€ управл€ющих магнитных полей (Ѕ‘”ћѕ).
ѕри этом первый выход Ѕ‘“”ћ 32 соединен с первым входом Ѕ‘ƒЁ 38, второй и третий выходы этого же блока соединены с первыми входами Ѕ‘ћ»Ё 39 и ћ–»ќ 35 соответственно, а четвертый выход с первым входом Ѕ‘  ”ћ»Ё 36. ¬ыход трехканального магнитометра 33 соединены с вторым-четвертым входами Ѕ‘  ”ћ»Ё 36, а выход Ѕ«ѕ ј»–ќ 34 соединен с п€тым входом Ѕ‘  ”ћ»Ё 36. ѕервый выход Ѕ‘  ”ћ»Ё 36 соединен с восьмым входом Ѕ‘“”ћ 32, а второй выход этого же блока соединен с вторым входом Ѕ‘ƒЁ 38 и дев€тым входом ћ–»ќ 35.
“ретий-п€тый выходы Ѕ‘  ”ћ»Ё 36 соединены с первым-третьим входами Ѕ‘”—Ќѕќ–ћ»Ё 37, а первый-третий выходы Ѕ‘”—Ќѕќ–ћ»Ё 37 соединены с вторым-четвертым входами ћ–»ќ 35. ѕервые выходы Ѕ‘ƒЁ 38 и Ѕ‘ћ»Ё 39 соединены с п€тым входом ћ–»ќ 35, а вторые выходы этих же блоков соединены с шестым входом ћ–»ќ 35. “ретий и четвертый выходы Ѕ‘ƒЁ 38 соединены с седьмым и восьмым входами ћ–»ќ 35. ѕервый выход ћ–»ќ 35 соединен с дев€тым входом Ѕ‘“”ћ 32, с вторым входом Ѕ‘ћ»Ё 39 и с третьим входом Ѕ‘ƒЁ 38. ¬торой четвертый выходы ћ–»ќ 35 соединены с шестым-восьмым входами Ѕ‘  ”ћ»Ё 36. ѕервый-четвертый выходы Ѕ‘”ћѕ 40 соединены соответственно с четвертым-седьмым выходами Ѕ‘ƒЁ 38. ѕ€тый и шестой выходы Ѕ‘”ћѕ 40 соединены соответственно с третьим и четвертым входами Ѕ‘ћ»Ё 39. ¬торой выход Ѕ«ѕ ј»–ќ 34 соединен с восьмым входом Ѕ‘ƒЁ 38. Ќа фиг. 7 представлена схема магнитоинерционного исполнительного органа на основе магнитореологической жидкости.  роме ранее введенных обозначений и названий дополнительно введены следующие обозначени€: 41, 44 статорна€ пара дуг бесколлекторных электродвигателей по оси управлени€ ќ” (—ѕƒЅЁќ”), 42, 45 статорна€ пара дуг бесколлекторных электродвигателей по оси управлени€ OZ (—ѕƒЅЁOZ), 43,46-статорна€ пара дуг бесколлекторных электродвигателей по оси управлени€ ќ’ (—ѕƒЅЁќ’), 47-49 датчики измерени€ скорости относительного линейного движени€ сферического корпуса (ротора) демпфера по ос€м ќZ, ќ’ и ќ” соответственно (ƒ»—ƒќZ, ƒ»—ƒќ’, ƒ»—ƒќ”), 50 трехстепенной электромеханический фиксатор корпуса устройства демпфера (Ё‘ ƒ), 51 перепускные клапаны, 52 корпус  ј.
—ферический корпус демпфера 13, заполненный ¬ћ–∆ 14, €вл€етс€ ротором трех бесколлекторных электродвигателей со статорными парами 41, 44 (дл€ управлени€ по оси ќ”), 42, 45 (дл€ управлени€ по оси ќZ), 43, 46 (дл€ управлени€ по оси ќ’). ƒвижение корпуса (ротора) контролируетс€ ƒ»—ƒќZ 47, ƒ»—ƒќ’ 48, ƒ»—ƒќ” 49, измер€ющими относительные линейные скорости точек его поверхности. ”казанные датчики вмонтированы в статорные обмотки. јналогична€ схема подвешивани€ ротора известна дл€ сферических трехстепенных силовых стабилизаторов в бесконтактном подвесе, примен€емых на советских орбитальных станци€х типа "јлмаз". ¬ подвешенном состо€нии корпус устройства 13 находитс€ в режиме "работа" при полном "замораживании" ¬ћ–∆ и в режиме образовани€ тем самым сплошной среды посто€нного магнита переменной намагниченности (максимальное значение намагниченности в центре симметрии корпуса). “огда корпуса статоров бесколлекторных электродвигателей служат дл€ ротора одновременно и в качестве магнитных центрирующих устройств (по аналогии с устройством трехстепенного силового стабилизатора).
 роме рассмотренного случа€ подвешивани€ ротора (с трем€ степен€ми свободы) возможны и другие конструктивные варианты. Ќапример, трехстепенной карданный подвес. ѕреимущество выбранной схемы подвеса в том, что она конструктивно проще с точки зрени€ компоновки в единую конструкцию устройства и жидкостного контура охлаждени€ ¬ћ–∆, и электромагнитов с кожухом-магнитопроводом.
¬ режиме "демпфирование" корпус демпфера фиксируетс€ относительно корпуса  ј с помощью Ё‘ ƒ 50. ¬ качестве примера реализации Ё‘ ƒ 50 может служить трехстепенной электромеханический фиксатор, примен€емый в конструкци€х космических кораблей, разрабатываемых в Ќѕќ "Ёнерги€".
ƒва перепускных клапана 51 соедин€ют трубопроводы "гор€чей" 20 и "холодной" жидкости 23 с входом и выходом компенсатора жидкости дл€ ¬ћ–∆ 22. Ќаиболее приемлемой дл€ данной конструкции демпфера €вл€етс€ шарикова€ схема перепускного клапана 51 (фиг.8).  лапан состоит из приемной части, установленной в корпусе демпфера 13, и ответной части, установленной на трубопроводы 20, 21. ¬ процессе вращени€ сферического корпуса демпфера шарик ответной части клапана, выполненный из немагнитного материала, катитс€ по поверхности корпуса. ѕри этом, прилега€ к посадочному месту цилиндрической части, он преп€тствует движению жидкости. ¬ исходном состо€нии (при намагничивании размагничивании демпфера) шарик заводитс€ в лунку приемной части (пунктир на фиг. 8) и под действием пружины отжимает шток приемной части. ќдновременно шарик отходит от посадочной части. “ем самым образуетс€ проход дл€ жидкости из трубопровода в полость демпфера.
¬ технологических операци€х по заправке устройства жидкостью перепускной клапан выполн€ет роль заправочного. ƒл€ этого в приемной части отжимаетс€ шток, а в ответной части освобождаетс€ от действи€ пружины шарик.
’олодильник 23, как и в случае, указанном на фиг.4, находитс€ в поле действи€ посто€нного магнита, образованного путем намагничивани€ ¬ћ–∆ 14.
 ожух-магнитопровод 29, закрывающий электромагниты 27, крепитс€ к корпусу  ј (поз.52 на фиг.7).
–аботает устройство следующим образом.
Ќа участке выведени€  ј на рабочую орбиту, корпус 13 демпфера фиксируетс€ с помощью Ё‘ ƒ 50, перепускные клапаны 51 соедин€ют полость демпферы с трубопроводами 20, 21. — учетом того, что после раскрыти€ элементов конструкции сразу после отделени€  ј от ракеты-носител€, по€вл€ютс€ либрационные колебани€, то, в принципе, первоначальное намагничивание ¬ћ–∆ до по€влени€ магнита 12 можно проводить еще на стартовой позиции. “ем самым эконом€т бортовые запасы электроэнергии, а начало режима демпфировани€ как бы сдвигаетс€ на момент старта. ѕри этом необходимо учитывать возможное вли€ние демпфера на динамику полета ракеты-носител€. ¬ последующем формировании демпфера осуществл€етс€ каждый раз перед непосредственным началом режима демпфировани€.
ѕо концу демпфировани€ путем намагничивани€ ¬ћ–∆ 14 с помощью электромагнитов 27 (до максимальной плотности в отвердевшем состо€нии) производитс€ формирование из демпфера посто€нного магнита. «атем, например, с помощью командной радиолинии выдаетс€ команда на электромагнит фиксатора 50 дл€ вт€гивани€ магнитного сердечника-штока и расфиксировани€, тем самым, корпуса 13. ќдновременно выдаетс€ команда в систему ориентации  ј дл€ управлени€ магнитным исполнительным органом, которым в данный момент €вл€етс€ предлагаемое устройство.
 ак уже отмечалось, системы ориентации современных  ј стро€тс€ на принципах Ѕ»—. ѕрименим указанные принципы к управлению ориентацией  ј с помощью предлагаемого магнитоинерционного исполнительного органа на основе магнитореологической жидкости, а также управлени€ непосредственно самим органом.
»спользу€ информацию с датчиков угловых скоростей и датчиков внешней информации (группа датчиков ƒ1, ƒ2), бортова€ цифрова€ вычислительна€ машина (Ѕ÷¬ћ) определ€ет положение св€занного базиса  ј относительно опорных базисов, в частности, относительно орбитального базиса.
ѕо направл€ющим косинусам между ос€ми св€занного базиса и радиус-вектором  ј в Ѕ÷¬ћ определ€етс€ значение вектора гравитационного управл€ющего момента . Ѕудем считать, что сформирован в соответствии с требуемым дл€ ориентации  ј управл€ющим моментом, например, путем перераспределени€ массы  ј как в устройстве-прототипе. “огда дл€ придани€ требуемому управл€ющему моменту наибольшего значени€ необходимо, чтобы внешние гравитационный и магнитный моменты совпадали.
»спользу€ информацию с магнитометра (однако из датчиков внешней информации), по расчетной зависимости 15 определ€ем положение вектора в св€занном базисе  ј. ѕоложение единичного вектора намагничивани€ в св€занном базисе  ј известно заранее, оно определ€етс€ осью и направлением намагничивани€ от электромагнитов 27, неподвижно установленными относительно корпуса  ј. ƒл€ совмещени€ и необходимо, чтобы векторы и cовпадали. ¬ качестве кинематических параметров, описывающих угловое движение сферического корпуса демпфера, используем кватернионы. ¬ращательное движение будем рассматривать как три независимых плоских вращени€ по i-м (i=1,2,3) ос€м св€занного со сферой базиса.
ќпредел€ем кватернион N, задающий положение вектора относительно вектора : N No+; No= cos sin; β 2arccos() (17)
ќпредел€ем вектор конечного поворота (ei) и угол конечного поворота β. ei= NN, i 1,2,3 (18) β 2 arccos No (19) ¬ыбираем вектор направлени€ (ζ(ζi)) кратчайшего пути разворота:
(20) ѕровер€ем выполнение услови€ совмещени€ векторов и : 2arcsinN ≅ ε (21) где ε граница перехода на алгоритм поддержани€ ориентации сферы (введени€ режимов "фиксации" в приводных электродвигател€х. ≈сли условие (21) выполн€етс€, то разворот нет необходимости осуществл€ть (указанное совмещение векторов имеетс€), иначе переходим к алгоритму управлени€ сферой. ƒл€ этого используем фазовую плоскость управлени€, линии переключений на которой, например, определены двум€ близкими к нулю окрестност€ми ± ε а также функци€ми-полупараболами с горизонтальной осью ( фиг.9): (22) где а расчетное значение углового ускорени€, создаваемого каждым из электроприводов.
“огда структурна€ схема алгоритма выбора требуемого управл€ющего момента дл€ вращени€ сферического корпуса по каждой i-й оси ћт.е.i, может быть представлена в соответствии с фиг.10, где Mп номинальный управл€ющий момент привода. ѕри этом обозначени€м 1-4 выбора управл€ющего момента соответствует области комбинаций значений ωci и Ni фазовой плоскости на фиг.9.
¬ышеуказанный алгоритм реализуетс€, например, с помощью ÷¬ћ, на выходах которой формируютс€ управл€ющие сигналы, пропорциональные каждому из ћт.е.i.  ажда€ группа сигналов поступает в блок преобразовани€, где преобразуетс€ к виду управл€ющих сигналов на обмотки статоров 41, 44; 42, 45; 43, 46 электроприводов (фиг.6).
ƒатчики ƒ»—ƒќZ 47, ƒ»—ƒќ’ 48, ƒ»—ƒќ” 49 измер€ют линейные скорости точек поверхности сферы V41Z, V42X, C43”. Cигналы, пропорциональные измеренным значени€м, по аналогии с сигналами датчиков угловых скоростей, поступают в Ѕ÷¬ћ, где по ним определ€ютс€ проекции относительной угловой скорости cx, ,ωcy, ωcz) сферы: ωcx= ωcy= ωcz= (23) где R внешний радиус сферы корпуса демпфера.
ѕо указанным измеренным значени€м рассчитываютс€ в Ѕ÷¬ћ изменени€ кватерниона N на каждом n -м шаге управлени€ по выражению: Nn M n-1 ˙ δN (24) где δ N ( δ N1 δ N2 δ N3 ) приращение кватерниона N за шаг управлени€ Δt, δN1= t; δN2= t;δN3= t (25)
ѕосле получени€ расчетных значений N, на каждом шаге производитс€ проверка выполнени€ услови€ (21). » если оно выполн€етс€, то совмещение векторов и произошло и электродвигатели по команде с Ѕ÷¬ћ, переход€т в режим "фиксаций".
ѕо мере движени€  ј на орбите и изменени€ его ориентации в орбитальном базисе и магнитном поле «емли перерассчитываетс€ значение вектора , а по нему уточн€етс€ значение кватерниона N. ѕри этом в качестве вектора принимаетс€ предыдущее, известное в св€занном базисе, совмещенное значение векторов . ≈сли компоненты вновь рассчитанного кватерниона не удовлетвор€ют условию (21), производитс€ доразворот сферы в требуемое положение. “аким образом посто€нно отслеживаютс€ изменени€ в направлении действи€ и .
Ќеобходимо также отметить, что действие может быть в св€занном базисе  ј направлено под любым углом. ƒл€ этого в выражение (15) вместо необходимо задать значение требуемого дл€ ориентации управл€ющего момента. “ак, например, в определенные моменты времени можно направить противоположно и тем самым компенсировать действие последнего на некоторый период времени и т.д.
¬ случае необходимости перехода из режима управлени€ в режим демпфировани€ корпус демпфера возвращаетс€ в исходное положение, соответствующее формированию из демпфера посто€нного магнита. ƒл€ этого определ€етс€ кватернион разворота N', задающий положение вектора относительно , и по нему осуществл€етс€ вышеуказанным образом разворот корпуса демпфера. –азворот осуществл€етс€ до срабатывани€ Ё‘ ƒ 50. ƒл€ этого предельный цикл управлени€ сферическим корпусом, определ€емый ε -окрестностью, подбираетс€ таким образом, чтобы обеспечить точность, достаточную дл€ попадани€ штока фиксатора в ответную часть. ¬ исходном положении перепускные клапаны 51 вновь соедин€ют трубопроводы 20 и 21 с внутренней полостью сферического корпуса и по мере размагничивани€ посто€нного магнита и дальнейшей работы демпфера плотность жидкости внутри корпуса, компенсатора 22 и трубопроводов 20 и 21 выравниваетс€.
–еализацию Ѕ‘  ”ћ»Ё 36 можно предложить на основе микро-Ё¬ћ "Ёлектроника", а дл€ реализации Ѕ‘”—Ќѕќ–ћ»Ё 37 можно использовать шаговые двигатели приводов осей процессии двухстепенных силовых гироскопов, причем указанный блок состоит из трех независимых приводов по каждому из каналов управлени€.
–еализаци€ блоков 38-40 будет представлена далее по мере описани€ их работы.
Ќа фиг. 11 показана структурна€ схема Ѕ‘  ”ћ»Ё 36 на базе микро-Ё¬ћ "Ёлектроника", где прин€ты следующие обозначени€: 53 устройство ввода вывода информации (”¬¬), 54 блок определени€ требуемого положени€ вектора намагничивани€ магнитоинерционного элемента (Ѕќ“Ќ¬Ќћ»Ё), 55 блок определени€ кватерниона разворота магнитоинерционного элемента (Ѕќ –ћ»Ё), 56 блок определени€ вектора разворота магнитоинерционного элемента (Ѕќ¬–ћ»Ё), 57 блок проверки услови€ выполнени€ разворота (Ѕѕ”¬–), 58 блок определени€ требуемого управл€ющего момента дл€ магнитоинерционного элемента (Ѕќ“”ћƒћ»Ё), 59 блок определени€ обратного кватерниона разворота (Ѕќќ –), 60 оперативное запоминающее устройство (ќ«”), 61 дешифратор адреса (ƒЎј), 62 тактовый генератор (“√), 63 микропроцессор (ћѕ).
Ўƒ (16)* трехстабильна€ двунаправленна€ 16-разр€дна€ шина данных; Ўј (16)* трехстабильна€ однонаправленна€ 16-разр€дна€ шина адреса;
Ў” (15)* 15 линий управлени€.
–аботает Ѕ‘  ”ћ»Ё 36 следующим образом.
»з Ѕ«ѕ ј»–ќ 34 через ”¬¬ 53 в Ѕќ –ћ»Ё 55, выполненный на базе посто€нных запоминающих устройств (ѕ«”), вводитс€ информаци€ о векторе . ѕо измеренным значени€м, получаемым из трехканального магнитометра 33, о векторе и расчетным значени€м вектора , получаемым из Ѕ‘“”ћ 32, в Ѕќ“ѕ¬Ќћ»Ё 54 определ€етс€ вектор см условие (15). ƒалее по и в Ѕќ –ћ»Ё 55 определ€етс€ кватернион N, см. условие (17). ѕо кватерниону N в Ѕќ¬–ћ»Ё 56 определ€етс€ вектор , см. услови€ (18) (20). ќдновременно на первом такте вычислений по N в Ѕѕ”¬– 57 провер€етс€ условие (21). ≈сли условие выполн€етс€, то Mт.е.i 0, иначе происходит обращение в Ѕќ“”ћƒћ»Ё 587 дл€ поиска значений ћт.е.i по алгоритму, указанному на фиг.9.
«начени€ ћт.е.i можно представить в виде:
Mт.е.i= J где Jэ момент инерции сферического инерционного элемента.
»з указанной расчетной зависимости и по определенному ћт.е.i, согласно алгоритму на фиг. 9, определ€етс€ значение d ωci /dt, которое в виде унитарной кодовой очереди выдаетс€ в Ѕ‘”—Ќѕќ–ћ»Ё 37 по каждому из соответствующих каналов управлени€.
¬ процессе управлени€ Ѕ‘  ”ћ»Ё 36 через ”¬¬ 53 производ€т периодический запрос значений вектора в Ѕ‘“”ћ 32 дл€ расчетных уточнений значений вектора , проводимых в Ѕќ“ѕ¬Ќћ»Ё 54.
ѕосле каждого совмещени€ векторов и , Ѕќќ – 59 фиксирует значени€ вектора , которое используетс€ в последующих расчетах кватериона N по команде о начале перехода в режим демпфировани€. “ака€ команда выдаетс€ из Ѕ‘“”ћ 32 в Ѕ‘  ”ћ»Ё 36 в виде (в виде кода с максимальным числовым значением).
ѕо этой команде производитс€ расчет кватерниона N', перезапись его в боки 56-57 дл€ последующего формировани€ управл€ющих моментов. ѕо схождению кватерниона N' (выполнению услови€ (21)), из Ѕѕ”¬– 57 выдаетс€ команда в Ѕ‘ƒЁ 38 о приведении кинематического контура в исходное дл€ момента начала демпфировани€ состо€ние (об отключении управлени€ угловым движением магнитоинерционного элемента). ќдновременно прекращаетс€ управление приводами осей путем выдачи в Ѕ‘”—Ќѕќ–ћ»Ё 37 сигнала "конец обмена".
»нформаци€ о вращении магнитоинерционного элемента поступает в Ѕ‘  ”ћ»Ё 36 с ƒ»—ƒќZ 47, ƒ»—ƒќ’ 48, ƒ»—ƒќ” 49. ƒальнейша€ логика работы с указанной информацией осуществл€етс€ в Ѕѕ”¬– 57 в соответствии с выражени€ми (23) (25). Ѕлоки 54-59, вход€щие в состав Ѕ‘  ”ћ»Ё 36, выполнены на основе посто€нных запоминающихс€ устройств. ќстальные блоки и их функциональные взаимосв€зи, представленные на фиг.11, соответствуют разработанному устройству "Ёлектроника ћ—I201. 02-02" в трехканальном исполнении, дополненному контроллерами ввода-вывода, и €вл€ютс€ необходимыми дл€ решени€ поставленной задачи.
Ќеобходимо также отметить, что дл€ входа в ”¬¬ 53 из блоков 33 и 35 необходимо предусмотреть установку интерфейсных устройств дл€ согласовани€ характера сигналов. ƒл€ этого, в частности, могут подойти известные типы аналогово-цифровых преобразователей, описанных в прототипе при реализации Ѕ‘“”ћ 32.
 ак уже отмечалось Ѕ‘”—Ќѕќ–ћ»Ё 37 состоит из трех независимых каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные преобразователь, реверсивный счетчик, дешифратор и усилитель. „ерез вход преобразовател€ из Ѕ‘  ”ћ»Ё 36 унитарна€ кодова€ очередь, пропорциональна€ dwci/dt, поступает на вход реверсивного счетчика импульсных сигналов. — приходом очередного импульса на выходах счетчика измен€етс€ комбинаци€ электрических сигналов, котора€ поступает на вход дешифратора. Ќа выходах дешифратора вырабатываетс€ многофазна€ последовательность электрических сигналов, в соответствии с которой через усилитель мощности включаютс€ (коммутируютс€) фазы двигателей привода осей вращени€ ћ–»ќ 35. „астота импульсов-сигналов и их количество в последовательности, вырабатываемой преобразователем, определ€ет соответственно значени€ dt и dwci. ѕервым в последовательности находитс€ импульс знака (направлени€ вращени€) wci.
Ѕ‘ƒЁ 38 обеспечивают логику формировани€ демпфирующего элемента ћ–»ќ 35 от Ѕ‘”ћѕ 40.  ак ранее уже отмечалось, формирование демпфирующего элемента происходит двум€ возможными вариантами: 1) путем намагничивани€ ¬ћ–∆, наход€щейс€ в исходном жидком состо€нии, до  д maxмагнитным полем напр€женностью Hд max (условие 10); 2) путем размагничивани€ ¬ћ–∆, наход€щейс€ в твердом состо€нии, до  д maxобратным (намагничиванию до твердого состо€ни€) магнитным полем напр€женностью Hr (условие 16). ¬ том и другом случа€х корпус 13 демпфирующего элемента фиксируетс€ с помощью Ё‘ ƒ 50 (фиг.7). ƒл€ подтверждени€ фиксации-расфиксации корпуса 13 служит телеметрический первый выход ћ–»ќ 35 от потенциометрического датчика движени€ штока фиксатора (условие 15), соединенный с третьим входом Ѕ‘ƒЁ 38, а также с вторым входом Ѕ‘ћ»Ё 39 и дев€тым входом Ѕ‘“”ћ 32.
ѕервый вариант получени€ демпфирующего элемента осуществл€етс€ путем выдачи команды с второго выхода Ѕ«ѕ ј»–ќ 34 на восьмой вход Ѕ‘ƒЁ 38. ¬ этот момент Ё‘ ƒ 50 исходно фиксирует корпус 13 демпфирующего элемента (на момент начала старта  ј или отделени€ его от ракеты-носител€). –еализаци€ команды осуществл€етс€ с помощью системы радиоуправлени€ и системы ”Ѕ—. ѕричем команда на подключение двух реле управлени€ проходит без подготовительных операций.  аждое реле кратковременно замыкает первую и вторую катушки энергии Ѕ‘”ћѕ 40 и разр€дный ток через первый и второй выходы проходит через импульсные соленоиды электромагнитов 27, формиру€ тем самым магнитное поле намагничивани€ Ѕћ–∆ определенной направленности.
¬торой вариант получени€  д max реализуетс€ по команде с первого выхода Ѕ‘“”ћ 32 на первый вход Ѕ‘ƒЁ 38, но при этом в систему ”Ѕ— должны сформироватьс€ признаки подготовительных операций: первый признак из Ѕ‘  ”ћ»Ё 36 о схождении кватерниона N', по которому также выдаетс€ команда "фиксаци€" на Ё‘ ƒ 50; второй признак с первого выхода ћ–»ќ 35 о том, что фиксатор сработал. ѕричем команда в Ѕ‘“”ћ 32 формируетс€ после прихода подтверждени€ в этот блок о срабатывании фиксатора. Ѕ‘“”ћ 32 также получает информацию из Ѕ‘  ”ћ»Ё 36 о схождении кватерниона N'.
“аким образом по команде с Ѕ‘“”ћ 32 происходит кратковременное подключение третьей и четвертой катушек энергии к третьему и четвертому выходу Ѕ‘ƒЁ 38 и через седьмой-восьмой вход ћ–»ќ 35 подаетс€ разр€дный ток размагничивани€ Ѕћ–∆, причем входы семь и восемь обеспечивают прохождение тока в импульсных соленоидах, противоположное току намагничивани€ до полного затвердени€ Ѕћ–∆.
ѕримером реализации Ѕ‘ћ»Ё 39 может также служить вышерассмотренна€ система ”Ѕ—. ѕо концу демпфировани€ Ѕ‘“”ћ 32 выдает в Ѕ‘ћ»Ё 39 команду на намагничивание Ѕћ–∆ до затвердевани€.  оманда проходит лишь в том случае, когда сформирован признак подтверждающий фиксацию корпуса 13 ћ–»ќ 35. “акое подтверждение приходит с первого выхода ћ–»ќ 35 на второй вход Ѕ‘ћ»Ё 39. ѕо этой команде кратковременно замыкаютс€ два реле управлени€ системы ”Ѕ— и подключаютс€ тем самым к первому и второму выходу Ѕ‘ћ»Ё 39 п€та€ и шеста€ катушки энергии Ѕ‘”ћѕ 40. –азр€дный ток, проход€ по импульсивным соленоидам электромагнитов 27, намагничивает Ѕћ–∆ 14 до затвердевани€.
ѕосле намагничивани€ Ѕћ–∆ 14, Ѕ‘“”ћ 44 выдает команду на расфиксацию Ё‘ ƒ 50 и по квитанции о выполнении команды (с первого выхода ћ–»ќ 35 на дев€тый вход Ѕ‘“”ћ 32) Ѕ‘“”ћ 32 формирует первое значение вектора дл€ передачи в Ѕ  ”ћ»Ё 36.
—хема реализации Ѕ‘”ћѕ 40 представлена на фиг.12, где введены следующие обозначени€: 64 солнечные батареи  ј, 65 регул€тор напр€жени€, 66 аккумул€торные батареи  ј, 67-72 катушки энергии  Ё1- Ё6, ‘ѕ фидер питани€ систем  ј.
Ѕлоки 64-66 €вл€ютс€ основными част€ми типовой системы электроснабжени€  ј.
Ќаиболее типичный пример реализации  Ё1- Ё6 проводитс€ через RLC-цепи.
 ак уже отмечалось при описании "—истемы." в целом  Ё рассчитываютс€ по парам (дл€ двух соленоидов электромагнитов) таким образом, чтобы токи разр€дной цепи создавали определенную величину напр€женности магнитного пол€. ¬се три случа€ формировани€ управл€ющих магнитных полей: 1) намагничивание ¬ћ–Ё 14 до сформировани€ демпфирующего элемента и получени€  д max в ћ–»ќ 35 (с помощью  Ё1,  Ё2); 2) размагничивание "застывшей" ¬ћ–∆ до получени€ демпфирующего элемента и получени€  д max в ћ–»ќ 35 (с помощью  Ё3,  Ё4); 3) намагничивание ¬ћ–∆ до сформировани€ из застывшей жидкости и корпуса 13 магнитоинерционного элемента.
ѕри расчете параметров демпфера, в качестве исходной задаютс€ начальна€ Wн и конечна€ Wk угловые скорости  ј и врем€ t, в течение которого необходимо провести демпфирование. »сход€ из (6.50), требуемый коэффициент демпфировани€  д.т. определ€етс€ по выражению Kд.т= ln (25) где J момент инерции  ј относительно оси демпфировани€.
ѕусть заданы J* 3 ˙ 104 кг ˙ ћ2;
Wн 1o/с; Wk 0,01o
tIB 172800 c (48 ч), тогда
Kд.т=
ln100 0,8 (н.м.с.).
*) ¬ыбранное значение момента инерции примерно соответствует инерционным характеристикам космических кораблей "—оюз-“ћ", "ѕрогресс-ћ" относительно их поперечных осей.
ќпредел€ем требуемый дл€ демпфера объем жидкости Vж.т., обеспечивающий  д.т. »сход€ из (4) Vж.т= (26)
≈сли в качестве ¬ћ–∆ брать вышерассмотренную ферросуспензию с объемной концентрацией карбонильного железа ϕ 4,5% то при напр€женности внешнего магнитного пол€ Ќ 40,8 ка/м и скорости сдвиговой деформации j≈w≈0,02 с-1 можно прин€ть
80
“огда, пренебрега€ объемом образованного магнита 12 (фиг.2,4), определим внутренний объем сферического корпуса демпфера V, прин€в V Vж.т.
V 1·10-23)
ѕроверим выполнение услови€ (1) седиментационной устойчивости выбранной ¬ћ–∆. ¬ыбранна€ жидкость центрифугировалась с угловой скоростью j ≅ 150 c-1 и сохранила при этом свои свойства (не было расслоени€ жидкости на твердую магнитную и жидкую немагнитную фазы). ≈сли вз€ть радиус центрифуги R (радиус цилиндpа ротационного вискозиметра) равным 0,1 м, а максимальное значение R 0,1 м, то ускорение gкр (ускорение центробежной силы инерции) достигло значени€
gкр= ()2R 1502·0,1≈2,25·10(мс-2) ≈ 229g ”читыва€, что nmax дл€  ј составл€ет примерно 15 единиц, то условие (1) выполн€етс€ и, следовательно, выбранна€ ¬ћ–∆ подходит с точки зрени€ седиментационной устойчивости.
ѕо полученному значению V определ€ем радиус внутренней сферы Rc:
Rc= 0,17м
—равнительна€ эффективность работы предлагаемого устройства в качестве демпфера и демпфера-прототипа может быть оценена через отношение объемов жидкости, участвующей в диссипации энергии либрационных колебаний. ѕредполагаетс€ использовать в магнитном демпфере-прототипе с в€зким трением ферромагнитные жидкости. “огда отношение коэффициентов  д.т и его же значени€ в демпфере-прототипе  д.пдл€ одной и той же ¬ћ–∆ можно представить соотношением: (27) где Rн радиус внешней поверхности внутренней сферы демпфера-прототипа.
≈сли вз€ть Rc 0,17 м, а Rн 0,15 м, то
4,5
—ледовательно, при использовании демпфера-прототипа при тех же начальных услови€х врем€ демпфировани€ составило бы вместо 48 примерно 216 часов.
—ледует отметить, что дл€ создани€ указанной величины напр€женности магнитного пол€ (≈20 кј/м) необходимо использовать мощные электромагниты, в дес€тки миллионов киловат ( ≈1010 ¬т). ќднако затраченна€ энерги€ (Ём) дл€ намагничивани€ жидкости будет иметь не столь значительную величину, поскольку врем€ релаксации магнитных жидкостей ( τв ), составл€ет ≈10-7с. —ледовательно
Ём≈1010≈10-7 ≈103 (ƒж).
“аким образом намагничивание жидкости можно проводить путем использовани€ в электромагнитах мощных импульсных соленоидов.
ƒл€ определени€ параметров холодильника 23 (фиг.6), отвод€щего тепло, полученное от нагрева жидкости в процессе демпфировани€ колебаний  ј, произведем расчет изменени€ температуры жидкости внутри демпфера за Δt 1с. ѕри этом допускаем равномерный разогрев жидкости. ѕриравн€в (7) и (8), с учетом (4) определим, (28) где ρм-плотность ¬ћ–∆, кг/м3. —огласно проведенным ранее расчетам примем = 80 ω ωн= 1°/c 1,75·10-2
«начение — определим по выражению
— —1 ϕ1 +—2 ϕ2 + —3 ϕ3 (29) где —1, —2, —3 удельные теплоемкости соответственно наполнител€, стабилизатора устойчивости и основы (дисперсной среды) жидкости;
ϕ1 ϕ2 ϕ3 объемные долевые числа вышеуказанных составл€ющих жидкости.
ѕримем рабочее значение температуры жидкости “р 20о—, тогда дл€ этого значени€ по справочным данным:
1 0,88 ˙ 103 ƒж/кг град. дл€ карбонильного железа;
2 0,45 ˙ 103 ƒж/кг град. дл€ стеариновокислого алюмини€;
3 1,76 ˙ 103 ƒж/кг град. дл€ гидравлической жидкости јћ√-10.
«начени€ ϕ1 ϕ2 ϕ3 примем дл€ выбранной ¬ћ–∆:
ϕ1= 0,045; ϕ2= 0,08; ϕ3= 0,875, тогда
— 103 (0,88 ˙ 0,045 + 0,45 ˙ 0,08 +1,76x x 0,875) ≈ 1,62 ˙ 103ƒж/кг ˙ град.
ρж ρ ˙ ϕ1 + ρ2 ϕ2 + ρ3 ϕ3 (30) где ρ1 ρ2 ρ3 плотности соответственно наполнител€, стабилизатора и основы жидкости.
ρ1= 7,88 ˙ 103 кг/м3;
ρ2= 2,70 ˙ 103 кг/м3;
ρ3= 0,88 ˙ 103 кг/м3
ρж= 103(7,88·0,045+2,70·0,08+0,88·0,875) 1,34·103(кг/м3)
Cогласно (28)
1,1·10-8(град/с)  ак видно из расчетов, разогрев жидкости в демпфере при заданных начальных услови€х демпфировани€ будет незначителен.
ќднако в общем случае при увеличении W, а также при возможном нагреве демпфера солнечными лучами, охлаждение жидкости может потребоватьс€. ѕоэтому применение холодильника в схеме устройства необходимо.
 ак уже отмечалось выше, рассматриваемое демпфирующее устройство может быть помещено в любом месте  ј. Ќаиболее целесообразно его разместить на конце гравитационной штанги, поскольку в этом случае оно выполн€ет дополнительную функцию: увеличивает момент инерции  ј. ¬ отличие от прототипа, в предлагаемом устройстве дополнительное увеличение момента инерции  ј происходит за счет увеличени€ плотности размещаемого вещества. “ак при намагничивании ¬ћ–∆ до максимальной плотности в отвердевшем состо€нии, при одновременном сохранении агрегативной устойчивости, ϕ1 может увеличиватьс€ до 25-27% “огда согласно (30) значение ρж1 будет равно ρж1 103 (7,88 ˙ 0,25 + 2,70 ˙ 0,08 + +0,88 ˙ 0,67) 2,78 ˙ 103 (кг/м3) ќтношение ρж1 / ρж показывает увеличение плотности более чем в 2 раза. ѕричем имеетс€ в виду увеличение плотности вещества более удаленного от центра масс  ј. ≈сли условно представить, что первоначально масса m ¬ћ–∆ сосредоточена в точке ќ1 на рассто€нии r от центра масс  ј, то после перераспределени€ плотности ¬ћ–∆ вышеуказанным образом, точка ќ1 сместитс€ до рассто€ни€ r + Δr, где Δ r смещение центра масс ¬ћ–∆, наход€щихс€ в контурах устройства после намагничивани€. ѕри этом непосредственного выдвижени€ гравитационной штанги не происходит. —ледовательно момент инерции  ј увеличиваетс€ на величину Δ J за счет перераспределени€ только плотности жидкости внутри объемов устройства.
ΔJ m (r + Δr)2 mr2 (31)
≈сли исходить из проведенного ранее расчета внутреннего объема демпфера, то масса жидкости внутри его непосредственно увеличитс€ с 13,4 кг до 27,8 кг. „то же касаетс€ значени€ Δr, то оно зависит от конструктивных особенностей самого устройства и его размещени€ на  ј. ѕусть масса m всей ¬ћ–∆, наход€щейс€ в демпфере, компенсаторе и соединительных трубках, составл€ет ≈50 кг, значени€ r 5 м, Δr 0,5 м, тогда ΔJ ≈ 50 ˙ (2 ˙ 5 ˙ 0,5 + 0,25) ≈ 262,5 (кг м2).
 ак видно из приведенных выше расчетов и по€снений, предлагаемый технический результат изобретений, направленный на повышение эффективности управлени€ угловым движением  ј за счет увеличени€ значений демпфирующего и управл€ющего моментов, достигаетс€ за счет вновь введенных признаков.
‘ормула изобретени€: 1. —пособ формировани€ управл€ющих моментов космического аппарата ( ј) с магнитоинерционными исполнительными органами, включающий формирование демпфирующего момента путем воздействи€ на в€зкую жидкость в магнитоинерционных элементах  ј, формирование управл€ющего момента путем перераспределени€ массы магнитоинерционных элементов  ј, отличающийс€ тем, что в качестве в€зкой жидкости используют седиментационно устойчивую высококонцентрированную магнитореологическую жидкость (¬ћ–∆), дл€ которой выполн€етс€ условие
gкр > nmax · g,
где gкр - значение ускорени€ критического фактора разделени€ ¬ћ–∆;
nmax - значение коэффициента максимальной перегрузки  ј;
g - ускорение свободного падени€ на поверхность «емли,
при этом перед демпфированием намагничивают ¬ћ–∆ неоднородным магнитным полем с максимальным значением градиента напр€женности в центре симметрии демпфера до момента достижени€ максимальной величины коэффициента демпфировани€ Kgmax, затем в процессе демпфировани€ поддерживают значение Kgmax путем магнитотеплового переноса охлажденной ¬ћ–∆ в зоны в€зкого трени€, по окончанию демпфировани€ перераспредел€ют массу магнитоинерционного элемента  ј путем намагничивани€ ¬ћ–∆ до максимальной плотности в отвердевшем состо€нии при одновременном сохранении ее агрегативной устойчивости, при этом обеспечивают выполнение услови€

где - единичный вектор остаточной намагниченности ¬ћ–∆;
- вектор гравитационного управл€ющего момента, создаваемого элементами инерционных масс  ј;
- вектор индукции магнитного пол€ планеты,
а в случае возникновени€ повторных вибрационных колебаний  ј размагничивают ¬ћ–∆ неоднородным магнитным полем до получени€ Kgmax и по окончании демпфировани€ формируют управл€ющий момент, выполн€€ указанные действи€.
2. —истема формировани€ управл€ющих моментов космического аппарата с магнитоинерционными исполнительными органами, содержаща€ блок датчиков угловой скорости, блок определени€ требуемого управл€ющего момента, первый, второй, третий выходы которого соединены соответственно с выходами блока датчиков угловой скорости, магнитометр, первый, второй, третий выходы которого соединены с четвертым, п€тым, шестым входами блока определени€ требуемого управл€ющего момента, блок задани€ параметров космического аппарата ( ј) и внешней среды, выход которого соединен с седьмым входом блока определени€ требуемого управл€ющего момента, отличающа€с€ тем, что магнитоинерционный исполнительный орган выполнен на основе магнитореологической жидкости, кроме того, дополнительно введены последовательно соединенные блок формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€, первый вход которого соединен с первым выходом блока определени€ требуемого управл€ющего момента, а второй вход соединен с выходом блока задани€ параметров  ј и внешней среды, блок формировани€ управл€ющих сигналов на приводы осей разворота магнитореологического исполнительного органа (ћ–»ќ), второй и третий входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€, магнитореологический исполнительный орган, второй и третий входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока формировани€ управл€ющего сигнала на приводы осей разворота ћ–»ќ, а второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с третьим, четвертым и п€тым входами блока формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€, и блок формировани€ демпфирующего элемента ћ–»ќ, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€, третий вход соединен с вторым выходом блока определени€ требуемого управл€ющего момента, а первый и второй выходы соединены соответственно с четвертым и п€тым входами ћ–»ќ, кроме того, введены последовательно соединенные блок формировани€ магнитных управл€ющих полей, блок формировани€ магнитоинерционного элемента ћ–»ќ и первый элемент »Ћ», выход которого соединен с шестым входом ћ–»ќ, а второй вход соединен с третьим выходом блока формировани€ демпфирующего элемента ћ–»ќ, четвертый и п€тый входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока формировани€ магнитных управл€ющих полей, четвертый и п€тый выходы которого соединены соответственно с шестым и седьмым входами блока формировани€ демпфирующего элемента ћ–»ќ, второй элемент »Ћ», первый вход которого соединен с четвертым выходом блока формировани€ демпфирующего элемента ћ–»ќ, второй вход соединен с вторым выходом блока формировани€ магнитоинерционного элемента ћ–»ќ, а выход соединен с седьмым входом ћ–»ќ, первый выход которого также соединен с восьмым входом блока определени€ требуемого управл€ющего момента, дев€тый вход которого соединен с четвертым выходом блока формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€, третий выход соединен с восьмым входом ћ–»ќ, а четвертый выход соединен с вторым входом блока формировани€ магнитоинерционного элемента ћ–»ќ, третий вход которого соединен с шестым выходом блока формировани€ магнитных управл€ющих полей, причем четвертый выход блока формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€ соединен также с дев€тым входом ћ–»ќ, первый выход которого соединен также с п€тым входом блока формировани€ магнитоинерционного элемента ћ–»ќ, а первый, второй и третий выходы магнитометра соединены соответственно с шестым, седьмым и восьмым входами блока формировани€ поправок дл€ кинематического контура управлени€, при этом магнитоинерционный исполнительный орган выполнен в виде сферического корпуса из немагнитного материала, заполненного высококонцентрированной магнитореологической жидкостью, содержащего компенсатор жидкости дл€ ¬ћ–∆, два перепускных клапана, две соединительные трубки, холодильник, два электромагнита, кожух-магнитопровод, три пары бесколлекторных электродвигателей, расположенных по ос€м управлени€ системы 0X, 0Y, 0Z, три датчика измерени€ скорости относительного линейного движени€ сферического корпуса по ос€м 0X, 0Y, 0Z, трехстепенной электромеханический фиксатор корпуса устройства, при этом перва€ соединительна€ трубка через первый перепускной клапан соедин€ет выходное отверстие корпуса с входным отверстием компенсатора жидкости дл€ ¬ћ–∆, а втора€ соединительна€ трубка соедин€ет выходное отверстие компенсатора жидкости дл€ ¬ћ–∆ через второй перепускной клапан с входным отверстием корпуса, при этом втора€ соединительна€ трубка проходит через холодильник, расположенный в магнитном поле действи€ посто€нного магнита, формируемого из ¬ћ–∆, два электромагнита, закрытые кожухом-магнитопроводом, расположены так, что их обща€ продольна€ ось проходит через центр сферического корпуса ћ–»ќ, сферический корпус ћ–»ќ симметрично расположен внутри трех пар статорных обмоток бесколлекторных электродвигателей, а каждый из трех датчиков измерени€ скорости относительного линейного движени€ жестко закреплен в статорные обмотки каждой из трех пар бесколлекторных электродвигателей, при этом первым, вторым и третьим входами ћ–»ќ соответственно €вл€ютс€ статорные обмотки первого, второго и третьего бесколлекторных электродвигателей, четвертым и шестым входами €вл€етс€ обмотка первого электромагнита, п€тым и седьмым входами €вл€етс€ обмотка второго электромагнита, восьмым и дев€тым входами - обмотка трехстепенного электромеханического фиксатора, первым выходом ћ–»ќ €вл€етс€ сигнальный выход трехстепенного электромеханического фиксатора, вторым, третьим и четвертым выходами €вл€ютс€ соответственно выходы датчиков измерени€ скорости относительного линейного перемещени€ сферического корпуса по ос€м 0X, 0Y, 0Z.
3. ћагнитореологический исполнительный орган (ћ–»ќ), включающий сферический корпус, выполненный из немагнитного материала, расположенную внутри корпуса в€зкую жидкость, отличающийс€ тем, что в качестве в€зкой жидкости используетс€ седиментационно устойчива€ высококонцентрированна€ магнитореологическа€ жидкость, в корпусе имеютс€ входное и выходное отверсти€ и ћ–»ќ содержит компенсатор жидкости дл€ ¬ћ–∆, два перепускных клапана, две соединительные трубки, холодильник, два электромагнита, кожух-магнитопровод, три пары бесколлекторных электродвигателей, расположенных по трем взаимно ортогональным ос€м 0X, 0Y, 0Z, три датчика измерени€ скорости относительно линейного движени€ сферического корпуса по ос€м 0X, 0Y, 0Z, трехстепенной электромеханический фиксатор корпуса устройства, при этом перва€ соединительна€ трубка через первый перепускной клапан соедин€ет выходное отверстие корпуса с входным отверстием компенсатора жидкости дл€ ћ¬–∆, а втора€ соединительна€ трубка соедин€ет выходное отверстие компенсатора жидкости ¬ћ–∆, через второй перепускной клапан с входным отверстием корпуса, при этом втора€ соединительна€ трубка проходит через холодильник, расположенный в магнитном поле действи€ посто€нного магнита, формируемого из ¬ћ–∆, кроме того, два электромагнита, закрытые кожухом-магнитопроводом, расположены так, что из обща€ продольна€ ось проходит через центр сферического корпуса устройства, сферический корпус устройства симметрично расположен внутри трех пар статорных обмоток бесколлекторных электродвигателей, а каждый из трех датчиков измерени€ скорости относительного линейного движени€ жестко закреплен в статорные обмотки каждой из трех бесколлекторных электродвигателей.