Решение 4 задач по шаговым двигателям для космических полетов

Суровые условия вакуума и микрогравитации представляют собой сложную задачу для компонентов, требующую возможностей, редко встречающихся на Земле. Это особенно актуально для систем управления движением, где движение является их основной функцией. Двигатели требуют значительной мощности для работы, могут выделять чрезмерное тепло, создавать нежелательные вибрации и загрязнять окружающую среду.

Борьба с этими проблемами обходится дорого. Более высокие требования к мощности требуют более крупных энергосистем, генерирующих больше тепла, а также более крупных систем охлаждения. Это может привести к нежелательным вибрациям, требующим более надежных систем демпфирования, а загрязнения могут привести к поломке приборов и других бортовых компонентов. Дополнительная сложность может привести к сбоям компонентов или систем, что неприемлемо для космических приложений. Важно работать с компанией, имеющей опыт работы в космических полетах, такой как Lin Engineering, с гибридными шаговыми двигателями, предназначенными для работы в суровых условиях и с присущими им проблемами управления движением в космическом пространстве. Двигатели собираются в соответствии со стандартами AS9100, отслеживая происхождение каждого компонента для обеспечения строгого контроля от производства до конечного продукта.

Для решения проблем:

В космических приложениях мощность стоит дорого: каждый ватт, потраченный впустую неоптимизированной системой, стоит драгоценных ресурсов. Оптимизация энергопотребления включает настройку обмоток двигателя для обеспечения максимального динамического крутящего момента при желаемой рабочей скорости. Это требует правильной интеграции высокоточных компонентов, таких как малоинерционные и высокоэффективные роторы. В зависимости от применения инженеры адаптируют каждый двигатель для обеспечения необходимой производительности, учитывая при этом ограничения по мощности в системе. Используя запатентованные проверенные алгоритмы, Lin Engineering оптимизирует крутящий момент и скорость, снижение шума, выделение или потери тепла, а также оптимизацию мощности.

Двумя критическими температурными проблемами, влияющими на гибридные шаговые двигатели в космосе, являются температурный диапазон и количество выделяемого тепла. Спутники и другие космические аппараты работают при экстремальных температурах, что требует прочной конструкции для внешних систем.

Например, тепло влияет на силу магнитов, встроенных в ротор. При повышении температуры производительность двигателя снижается. Решение – постоянные магниты. Изготовленные из редкоземельных сплавов самария-кобальта или неодима, они обеспечивают большую магнитную мощность при более высоких и низких температурах.

Тепло также влияет на срок службы подшипников, используемых в двигателях, сокращая срок службы всей системы. Необходимо использовать подшипники со смазкой, выдерживающей температуру от -80°C до 200°C, в том числе с сухой смазкой или без смазки. Также могут быть разработаны высокотемпературные подшипники, не выделяющие газ.

Чрезмерное тепло, выделяемое двигателем, может вызывать беспокойство, поскольку в вакууме нет атмосферы, которая могла бы рассеивать тепло от двигателя или транспортного средства. На Земле воздух отводит тепло, выделяемое от корабля, но в космосе для рассеивания тепла требуются другие методы, которые часто добавляют нежелательный вес, увеличивают массу и ненужную сложность сборки корабля или спутника. Кроме того, тепло, выделяемое шаговым двигателем, может повлиять на близлежащие инструменты и компоненты, особенно в изолированных зонах. Чтобы уменьшить нагрев, оптимизируйте обмотку шагового двигателя. Объединение проводящих дорожек с теплопроводящими материалами обеспечивает рассеивание тепла между изолятором (клеем) и концевыми колоколами двигателя, помогая контролировать температуру.

Запуск космического корабля на орбиту является жестоким, поскольку компоненты подвергаются вибрации высокой и низкой амплитуды, а также ударам с нескольких направлений. Кроме того, шаговые двигатели создают вибрации во время нормальной работы.

Оптимизация обмоток двигателя минимизирует резонансную частоту, возникающую на определенных рабочих скоростях. Использование компонентов, обработанных с высокой концентричностью и точностью размеров, помогает гарантировать, что роторы или валы не создают нежелательных вибраций в системе.

В космосе следует избегать вибраций, поскольку они могут повлиять на бортовые датчики и приборы; колебания низкого уровня могут повлиять на измерительные датчики и качество устройства формирования изображения. Поскольку корабль или спутник находится в космосе, где передача энергии невозможна, гашение вибраций является сложной задачей. Каждый шаговый двигатель, предназначенный для использования в космосе, требует структурной целостности материала, чтобы выдерживать ожидаемые силы без изменения точности размеров или механической целостности.