Reaksiyon çarkı

Bir reaksiyon tekerlek bir bir aktüatör için konumunu kontrol bir uydu . Genellikle bir motor , onun tarafından döndürülen bir volan kütlesi ve motor hızı için kontrol elektroniğinden oluşur.

Çalışma prensibi

Bir tepki çarkı, dönüş hızını değiştirerek uyduya aynı eksende, ancak ters yönde dönmesi için ( etki ve tepki ) bir tork getirir . Uydu sisteminin toplam dönüşü, sistemin dönüşünü değiştiren konum kontrol nozulları veya manyetik bobinlerin aksine sabit kalır ( bakım değeri ) . Mecazi olarak konuşursak, açısal momentum yalnızca uydu yuvası ile reaksiyon çarkı arasında ileri geri kaydırılır (açısal momentumun korunumu ).

Döndürme tekerleği farkı

Reaksiyon çarkları dönen çarklarla karıştırılmamalıdır:

• Bir tepki çarkı normalde durma halindedir ve yalnızca uydunun konumunu değiştirmek veya harici rahatsız edici torkları telafi etmek için karşılık gelen bir hıza getirilir. Tipik olarak , uydu başına farklı uzamsal yönlerde hizalanmış birkaç reaksiyon çarkı vardır.
  Birkaç pozisyon değişikliğinden sonra reaksiyon çarkının maksimum hızına ulaşılırsa, desatüre edilmesi (durdurulması) gerekir. Bu amaçla, konum kontrol memeleri veya manyetik bobinler, aşağı doğru hareket ederken reaksiyon çarkınınkine karşı koyan harici bir tork uygular. Bu, uydunun hızdaki değişime rağmen uzayda tanımlanan yönünü korumasını ve istenmeyen bir yuvarlanma hareketine dönüşmemesini sağlar. Reaksiyon çarkı, pozisyon değişiklikleri için tekrar kullanılabilir.
• Döndürme çarkı sürekli olarak yüksek hızda çalışır ve böylece stabilize edici bir bükülme oluşturur , örn. Tork rahatsız reaksiyon, bu araçlar dik için eksen arasında dönme sıkma tekerleği en aza indirilir. Bu nedenle, uydu başına tipik olarak yalnızca bir döner tekerlek (muhtemelen iki yedek tekerlek ) vardır. Döndürme çarkları, örneğin, klasik dönüş stabilize edilmiş GEO uydularında kullanılır.

Düzenlemeler

Dört yüzlü düzenlemede reaksiyon çarkları

Uzay yolculuğunda kullanılan iki ana reaksiyon çarkı düzeni vardır:

• Eksenel olarak ayrılmış bir sistemde, uydunun her bir geometrik ana ekseninde bir reaksiyon çarkı kullanılır, yani toplam üç adettir. Üç eksenli düzenlemenin bir örneği LAPAN-TUBSAT'tır .
• Fazlalık elde etmek için, reaksiyon çarkları tetrahedron düzenlemesine toplam dört adet olmak üzere yerleştirilir. Bunun avantajı, bir tekerlek arızalandığında sistemin hala tam olarak işlevsel kalmasıdır. Dezavantaj birbirleriyle her bir tekerleğin birleştirilmesi olup: etrafında dönme bir uydu geometrik ekseni her zaman hızında bir değişim ile sonuçlanır çeşitli reaksiyon tekerlek. Dört yüzlü düzenlemeye bir örnek BIRD uydusudur.

Moment gyro

ISS'nin kontrol moment jiroskopu (CMG)

Sabit reaksiyon çarkları ile, açısal momentum vektörünün üç bileşeni ayrı ayrı değiştirilerek Kontrol Momenti Jiroskopu (CMG, jiroskop momenti) yönünü ve bu vektörün toplamının büyüklüğünü, jiroskopun eğildiği momentin ekseni ile a olarak ayarlar . Bunun için kardanik süspansiyonda sürekli dönen bir çark kullanılır. H. bir jiroskop . Bir istisna olarak, kardanik süspansiyon serbest değildir , ancak iki dikey yönde bir motor tarafından ayarlanır. Ortaya çıkan reaksiyon torku uzay aracını döndürür. Pervanenin ekseni etrafındaki dönüş hızı değiştirilerek kontrol edilir. Bu teknoloji, örneğin Uluslararası Uzay İstasyonunda kullanılmaktadır .

Özellikler

Orta büyüklükteki bir ticari uydu için tipik bir reaksiyon çarkı 20 ila 30 cm çapında, yaklaşık 10 cm yüksekliğindedir ve toplam kütlesi 5 ila 10 kg'dır. Yaklaşık 5.000 devir / dakika hızında , formüle göre üretir

${\ displaystyle L = J \, \ omega}$

İle

• kütle eylemsizlik momenti ${\ displaystyle J}$
• açısal hız ${\ displaystyle \ omega}$

20  Nm s'lik bir açısal momentum . Tersine, bir çarkın veya bir moment cayrosunun (yukarıya bakın) açısal momentumu 500 Nms ve daha fazladır. ${\ displaystyle L}$

Tepkime çarkının açısal momentumundaki bir değişiklik, değişerek uydunun volanın dönme ekseni etrafında ters yönde dönmesine neden olur. Böylece uydunun yönü, reaksiyon çarkının dönüşünde küçük değişiklikler yapılarak çok hassas bir şekilde kontrol edilebilir. ${\ displaystyle \ omega}$

Aşağıdakiler üretilen tork için geçerlidir: ${\ displaystyle T}$

${\ displaystyle T = J \, {\ nokta {\ omega}}}$

ile açısal hızlanma . ${\ displaystyle {\ dot {\ omega}}}$

Tork, dönüşün ne kadar hızlı değiştirilebileceğini ve uydunun eğilebileceğini belirler. Üretilen torkun üst sınırı tipik olarak 0,2 ila 0,5  Nm'dir .