[发明专利]一种测试磁流体动力学惯性动量轮性能的装置及方法

说明书

本发明公开一种测试磁流体动力学惯性动量轮性能的装置及方法，通过将预加工装配的磁流体动力学惯性动量轮安装在带有光电码盘的气浮转台上，利用上位机通过数据采集卡给出测试控制信号，在功率放大驱动电路激励下，同步采集磁流体动力学惯性动量轮输入驱动电流和气浮转台转速大小，根据气浮转台转速、气浮转台转动惯量、导电流体环转动惯量及输入驱动电流，按本发明依据角动量守恒原理提出的公式以及磁流体动力学惯性动量轮的工作原理，计算得到导电流体平均流速及输出力矩和角动量。本发明可以间接验证磁流体动力学惯性动量轮的致动原理，并测试其输出力矩和角动量性能特性，填补了磁流体动力学惯性动量轮测试实验研究领域的空白。

技术领域

本发明属于新型惯性器件性能测试领域，具体涉及一种测试磁流体动力学惯性动量轮性能的装置及方法。

背景技术

磁流体动力学惯性动量轮是一种新型原理的动量轮，其致动特性基于磁流体动力学效应，核心组件为导电流体环，导电流体置于闭合的圆环体通道内，在外加电场与正交磁场中受到洛伦兹力驱动而旋转流动，通过导电流体与磁场之间的相互作用实现力矩输出和角动量提供，可作为微小卫星姿态控制系统中的执行机构实现微小卫星姿态的控制与稳定。

不同于传统的动量轮，磁流体动力学惯性动量轮利用导电流体旋转流动输出力矩和角动量，其理论研究和性能指标的测试需要获得动量轮在一定输入电流下的流体流速，而流体位于封闭的圆环体通道内，其转速难以直接测量；同时流体流动状态易受到管道内部形状的影响，一般超声测速等方法难以适用；且磁流体动力学惯性动量轮应用于微小卫星姿态控制背景下，提供的角动量和输出力矩量级过小，微扭矩传感器静态测试的方法无法满足测量精度需求；而对磁流体动力学惯性动量轮进行实验分析和性能测试是该新型动量轮实用化发展的必然需求。因此研究开发针对磁流体动力学惯性动量轮的性能测试实验方法，具有重要的理论与现实意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种测试磁流体动力学惯性动量轮性能的装置及方法。以完成磁流体动力学惯性动量轮的理论分析验证及性能测试，推动磁流体动力学惯性动量轮的实用化发展。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种测试磁流体动力学惯性动量轮性能的装置，包括单轴气浮转台、固定工装、功率放大驱动电路、数据采集卡和上位机，所述单轴气浮转台由从下到上依次设置的气浮转台基座、气浮转台主体和载荷安装盘组成，所述气浮转台主体中部设置有气浮轴，所述气浮轴顶部与所述载荷安装盘连接，气浮转台主体内还安装有与数据采集卡连接的光电码盘，所述载荷安装盘上通过所述固定工装安装磁流体动力学惯性动量轮，磁流体动力学惯性动量轮的内外电极通过导线与功率放大驱动电路连接，所述数据采集卡还分别与上位机和功率放大驱动电路连接。

进一步的，通过机械臂将磁流体动力学惯性动量轮与功率放大驱动电路相连的导线悬垂。

本发明还提供另一种技术方案如下：

一种测试磁流体动力学惯性动量轮性能的方法，将预加工装配的磁流体动力学惯性动量轮通过固定工装同轴安装在单轴气浮转台上，利用上位机结合数据采集卡给定驱动控制信号，通过功率放大驱动电路形成磁流体动力学惯性动量轮的输入驱动电流，根据单轴气浮转台自带光电码盘所测得的单轴气浮转台转速、以及功率放大驱动电路采样电阻端反映出的电流大小，按磁流体动力学惯性动量轮工作原理和角动量守恒原理进行理论分析验证并计算输出力矩及角动量大小。

进一步的，在输入电流驱动下磁流体动力学惯性动量轮内导电流体旋转流动并向外输出力矩和角动量，根据角动量守恒原理，通过测量气浮转台转动情况实现流体平均流速的间接测量。

进一步的，通过数据采集卡形成不同测试需求下的输入控制信号，经由功率放大驱动电路放大，压控转换形成输入驱动电流。

进一步的，采用光电码盘获取单轴气浮转台转动角速度，采用功率放大驱动电路反馈电阻端电压获取输入驱动电流大小，通过上位机和数据采集卡实现数据同步采集和后处理。