一种用于扁平式结构卫星的磁力矩器的设计方法及磁力矩器组技术

本发明专利技术实施例公开了一种用于扁平式结构卫星的磁力矩器的设计方法及磁力矩器组，所述方法包括：基于多根磁棒的串并联连接方式，利用含罚函数的多维粒子群算法进行优化计算以获取不同型号的备选漆包线对应的性能指标J以及符合约束条件的优化参数；根据漆包线对应的性能指标J，从所述备选漆包线中选择性能指标J最小的漆包线作为用于设计所述磁力矩器的目标漆包线；基于所述目标漆包线及所述目标漆包线对应的优化参数，采用径向横截面为平面六角密堆积的排布方法形成占据最小空间面积的所述磁力矩器。述磁力矩器。述磁力矩器。

【技术实现步骤摘要】
一种用于扁平式结构卫星的磁力矩器的设计方法及磁力矩器组


[0001]本专利技术实施例涉及卫星
，尤其涉及一种用于扁平式结构卫星的磁力矩器的设计方法及磁力矩器组。

技术介绍

[0002]磁力矩器是指产生偶极子磁矩的装置，一般有空心线圈与铁心线圈两种。当卫星上设置有磁力矩器时，磁力矩器产生的磁矩与卫星所处的地磁场之间相互作用能够产生磁力矩，用以对卫星进行姿态控制或动量管理。通常磁力矩器与角动量交换装置或重力梯度杆配合使用，特别是对飞轮角动量进行卸载磁力矩器已被广泛采用。
[0003]目前，扁平式结构卫星，尤其是携带单侧太阳能帆板的、具有非对称结构的扁平式结构卫星，在飞行时受到的气动干扰力矩、太阳光压干扰力矩较大，在这种情况下，扁平式结构卫星因干扰力矩而积累形成的飞轮角动量较大，因而需要能够产生较大磁矩的磁力矩器进行飞轮角动量的卸载。但是传统的磁力矩器通常是应用于设定的笛卡尔坐标系下X轴，Y轴和Z轴三个特征方向上均有较大尺寸空间的卫星，而扁平式结构卫星受到其外形结构的限制，仅在X轴和Y轴两个特征方向上有充足的空间来安装传统的磁力矩器，Z轴特征方向上由于尺寸空间较小，单一磁力矩器会因长度受限而无法提供足够的磁矩且功率较大。而传统空心线圈绕制成的磁力矩器也因不能提供足够的磁矩且质量较大而不适用于扁平式结构卫星。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例期望提供一种用于扁平式结构卫星的磁力矩器的设计方法及磁力矩器组；能够适用于扁平式结构卫星的Z轴尺寸特征，并且能够以较低的功率产生较大的磁矩。
[0005]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种用于扁平式结构卫星的磁力矩器的设计方法，所述方法包括：
[0007]基于多根磁棒的串并联连接方式，利用含罚函数的多维粒子群算法进行优化计算以获取不同型号的备选漆包线对应的性能指标J以及符合约束条件的优化参数；其中，所述优化参数包括所述多根磁棒中单根磁棒的尺寸、所述单根磁棒上漆包线的绕制层数和所述多根磁棒的串并联数量；
[0008]根据漆包线对应的性能指标J，从所述备选漆包线中选择性能指标J最小的漆包线作为用于设计所述磁力矩器的目标漆包线；
[0009]基于所述目标漆包线及所述目标漆包线对应的优化参数，采用径向横截面为平面六角密堆积的排布方法形成占据最小空间面积的所述磁力矩器。
[0010]第二方面，本专利技术实施例提供了一种用于扁平式结构卫星的磁力矩器组，所述磁
力矩器组包括：
[0011]磁力矩器，所述磁力矩器用于产生磁矩，由多根磁棒采用径向横截面为平面六角密堆积的方法阵列排布形成，且所述多根磁棒之间按照m组并联，每组并联中n根所述磁棒之间串联的方法进行连接；
[0012]支撑结构，所述支撑结构设置在所述磁力矩器的左右两侧，用于支撑稳固所述磁力矩器；
[0013]接线板，在所述磁力矩器的上端和下端分别设置有所述接线板，且所述接线板通过螺钉与所述支撑结构相连接。
[0014]本专利技术实施例提供了一种用于扁平式结构卫星的磁力矩器的设计方法及磁力矩器组，该磁力矩器组能够安装在扁平式结构卫星的Z轴特征方向上，并以较低的功率提供较大的磁矩进行飞轮角动量的卸载。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例提供的一种三轴磁力矩器结构示意图。
[0016]图2为本专利技术实施例提供的另一种三轴磁力矩器结构示意图。
[0017]图3为本专利技术实施例提供的一种用于扁平式结构卫星的磁力矩器组结构示意图。
[0018]图4为本专利技术实施例提供的多根磁棒的阵列排布方法示意图。
[0019]图5为本专利技术实施例提供的磁棒结构示意图。
[0020]图6为本专利技术实施例提供的接线板上接线孔的结构示意图。
[0021]图7为本专利技术实施例提供的接线板上的接线孔局部结构示意图。
[0022]图8为本专利技术实施例提供的另一种用于扁平式结构卫星的磁力矩器组结构示意图。
[0023]图9为本专利技术实施例提供的磁力矩器设计方法流程示意图。
[0024]图10为本专利技术实施例提供的示例中磁棒阵列排布俯视图示意图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0026]参见图1，其示出了目前卫星上常采用的一种三轴磁力矩器10，该三轴磁力矩器10包括三根外部绕制有线圈的磁棒101，分别安装在平行于卫星姿态的笛卡尔坐标系的X轴、Y轴和Z轴的三个特征方向上，通过对各轴上磁棒的线圈通以一定大小和方向的电流，使之产生所要求的磁矩，与轨道地磁场相互作用而产生的磁力矩作用于卫星星体上，进而用于控制卫星的姿态或动量。
[0027]但是扁平式结构卫星由于其Z轴上的尺寸空间较小，上述的三轴磁力矩器10中Z轴方向上的单一磁棒101会因长度受限而无法提供足够的磁矩且功率较大。而对于图2所示的三轴磁力矩器20，由于其Z轴上的空心线圈201无法提供足够的磁矩且质量较大因而不能够满足扁平式结构卫星Z轴方向的磁矩要求。
[0028]基于以上问题，本专利技术实施例期望能够提供一种适用于扁平式结构卫星的Z轴方向上的磁力矩器的设计方法及磁力矩器组，该磁力矩器组能够解决单一磁棒因长度问题无
法安装在扁平式结构卫星的Z轴方向上以及空心线圈无法提供足够磁矩的问题。
[0029]基于上述内容，参见图3，其示出了能够实现本专利技术实施例技术方案的磁力矩器组30，该磁力矩器组30设置在扁平式结构卫星的Z轴特征方向上，具体可以包括：
[0030]磁力矩器301，所述磁力矩器301(图中白色虚线矩形所示)用于产生磁矩，如图4所示，由多根磁棒304采用径向横截面为平面六角密堆积的方法阵列排布形成，且所述多根磁棒304之间按照m组并联，每组并联中n根所述磁棒之间串联的方法进行连接；
[0031]支撑结构302，所述支撑结构302设置在所述磁力矩器301的左右两侧，用于支撑稳固所述磁力矩器301；
[0032]接线板303，在所述磁力矩器301的上端和下端分别设置有所述接线板303，且所述接线板303通过螺钉306与所述支撑结构302相连接。
[0033]对于图3所示的磁力矩器组30，在一些示例中，参见图5，所述磁力矩器301中的每根所述磁棒304由磁芯3041和绕制在所述磁芯3041外周的多层漆包线3042组成。
[0034]需要说明的是，磁力矩器301中的多根磁棒304的阵列排布采用径向横截面为平面六角密堆积的方法，由图4可以看出，每根磁棒304的周围都有六根相同的磁棒304，这样的排布方式在空间上是最密集的排布方式，能够节省磁力矩器301占据的空间面积，以便于本专利技术提供的磁力矩器组30能够适用于扁平式结构卫星的Z轴方向。另一方面，由于磁棒304中磁芯3041的半径r1较小，当磁棒304受力时容易导致磁棒304内的磁芯3041发生折断，采用平面六角密堆积的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于扁平式结构卫星的磁力矩器的设计方法，其特征在于，所述方法包括：基于多根磁棒的串并联连接方式，利用含罚函数的多维粒子群算法进行优化计算以获取不同型号的备选漆包线对应的性能指标J以及符合约束条件的优化参数；其中，所述优化参数包括所述多根磁棒中单根磁棒的尺寸、所述单根磁棒上漆包线的绕制层数和所述多根磁棒的串并联数量；根据漆包线对应的性能指标J，从所述备选漆包线中选择性能指标J最小的漆包线作为用于设计所述磁力矩器的目标漆包线；基于所述目标漆包线及所述目标漆包线对应的优化参数，采用径向横截面为平面六角密堆积的排布方法形成占据最小空间面积的所述磁力矩器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于多根磁棒的串并联连接方式，利用含罚函数的多维粒子群算法进行优化计算以获取不同型号的备选漆包线对应的性能指标J以及符合约束条件的优化参数，包括：对于每种型号的备选漆包线，执行以下步骤：根据所述备选漆包线设计的所述单根磁棒，获取所述单根磁棒产生的磁矩M0和功率P0；将所述多根磁棒按照m组并联，每组并联中n根所述磁棒串联的方法进行连接；获取所述多根磁棒串并联后产生的磁矩M＝mM0和功率基于所述磁矩M和功率P为优化目标，利用含罚函数的多维粒子群算法进行多目标优化以获取所述备选漆包线对应的性能指标J以及符合约束条件的优化参数；其中，所述优化参数包括所述多根磁棒中单根磁棒的尺寸、所述单根磁棒上漆包线的绕制层数和所述多根磁棒的串并联数量。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述备选漆包线设计的所述单根磁棒，获取所述单根磁棒产生的磁矩M0和功率P0，包括：根据式(1)计算获得所述单根磁棒产生的磁矩M0：其中，U为电源电压；r1为磁芯半径；r
w
为所述漆包线半径；ρ为所述漆包线铜材的电阻率；y为所述漆包线的绕制层数；r2为所述磁棒的半径，r2＝r1+2yr
w
；k为所述磁芯材料相关参数，当所述磁棒的长度l＞＞所述磁芯的半径r1时，μ
r
为所述磁芯的相对磁导率；根据式(2)计算获得所述单根磁棒产生的功率P0：4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述磁矩M和功率P为优化目标，利用含罚函数的多维粒子群算法进行多目标优化以获取所述备选漆包线对应的性能指标J以及符合约束条件的优化参数，包括：利用含罚函数的多维粒子群算法求解多目标优化问题以获取符合约束条件的所述单
根磁棒的尺寸，所述单根磁棒上所述漆包线的绕制层数以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凡，柳子然，张天禹，奚瑞辰，刘子昂，尤铭璞，魏一松，陈健，李化义，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：