Гироскопическо-центробежное устройство

 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах стабилизации космических объектов. Целью изобретения является получение безреактивного крутящего момента. Для достижения этой цели в гироскопическо-центробежное устройство, содержащее корпус с установленными внутри него приводом и рамкой с маховиком, соединенной с приводом посредством многоступенчатой шестеренчатой передачи, монтированной на рамке, введены грузы, эксцентрично расположенные на ведомых шестернях симметрично оси рамки, причем внутри рамки на переносном валу, наклонном к оси рамки, размещен гиромотор, а концы вала посредством шарниров соединены с рамкой и осью ведомой шестерни. 1 ил.

Изобретение относится к гироскопической технике и может быть использовано в освоении космического пространства в качестве вращающей силовой установки всего космического объекта, например спутника Земли, не связанного с внешней средой, или отдельных устройств на нем, например антенн, без реактивных связей на сам космический объект.

В настоящее время существуют гироскопические устройства для стабилизации объектов ( Ройтенберг Я.Н. Гироскопы. М. 1966, с. 169 171, 177 179), но они не обладают свойством односторонне направленного безреактивного гироскопического момента относительно инерциального пространства и поэтому не могут быть использованы в качестве вращающих силовых установок всего изолированного от внешней среды объекта. Известны также гироскопические устройства, содержащие гиромотор с ротором-гироскопом, установленном на валу переносного вращения, взаимодействующего через шарнир с приводом, имеющие маховик-накопитель вращательного движения на выходной оси, в которых используется переменный гироскопический момент, преобразованный в односторонне направленный при помощи храпового механизма (Блинов Б.С. Волчок вместо коробки передач. Журнал "Изобретатель и рационализатор" 1965, N 1, с.33). Однако для вращения изолированной механической системы применить это устройство нельзя, так как вращение маховых масс и опорной системы взаимно уравновешиваются.

Целью настоящего изобретения является сообщение односторонне направленного вращения всей изолированной механической системе без связи с внешней средой. Для достижения этой цели использовано взаимодействие двух независимых инерционных систем: гироскопических и центробежных сил. Гироскопическая система служит для создания односторонне направленного крутящего момента, который обеспечивает вращение маховой инерционной массы (маховика), а центробежная система служит для уравновешивания возникающего реактивного гироскопического момента. Для создания гироскопического момента гиромотор с ротором-гироскопом устанавливается на наклонном валу переносного вращения под острым углом к оси вращения системы, который взаимодействует с входного конца с приводом через шестеренчатую передачу и универсальный шарнир, а выходным концом вращается в подшипнике, установленном в общей рамке для шестеренчатой передачи и гироскопическо -центробежной системы. Уравновешивающие грузы получают вращение от одной и той же шестеренчатой передачи. Общая рамка свободно вращается в подшипниках и для дополнительного увеличения своей инерционной массы снабжена маховиком-накопителем вращательной энергии, которая может передаваться всей независимой инерциальной системе.

Предлагаемое гироскопическо-центробежное устройство (ГЦУ) в виде принципиальной кинематической схемы изображено на прилагаемом чертеже и состоит: из гиромотора 1 с ротором -гироскопом 2, закрепленном на переносном валу 3, наклоненном под острым углом к выходной оси 9 рамки 5, переносной вал 3 с входного конца вращается приводом 4 через шестеренчатую передачу-7 и универсальный шарнир 3, а выходным концом вращается в подшипнике 6, вмонтированному в общую рамку 5. С рамкой 5 связан маховик-накопитель вращательной энергии 10, передающий ее всей изолированной механической системе 11. Уравновешивающий центробежный механизм состоит из двух центробежных грузов 12 симметрично друг другу, с приводом 4 и шестеренчатой передачей 7.

Возникновение выходного гироскопического крутящего момента М_г происходит по следующей закономерности: где I момент инерции ротора-гироскопа, w₁ относительная угловая скорость ротора-гироскопа, ₂ переносная угловая скорость наклонного вала, угол наклона переносного вала, b угол поворота плоскости расположения гироскопического момента относительно плоскости рамки, Центробежный момент М_цб, уравновешивающий реактивный гироскопический момент, возникает по следующей зависимости: M_цб= m²₂R_эцR_цsin, где m масса центробежных грузов,
R_эц радиус эксцентриситета вращающихся цб.грузов,
R_ц радиус вращения центра эксцентриситета.

Предлагаемое ГЦУ использует совершенно новое свойство гироскопического эффекта, а именно: получение безреактивного (свободного) односторонне направленного крутящего гироскопического момента относительно инерциального пространства, принятого за неподвижную замкнутую механическую систему, т.е. спутник Земли или космическую ракету. В настоящее время для ориентации, стабилизации, вращения и вообще любых эволюций космических объектов служат специальные поворотные ракетные двигатели, которые используют для своей работы весьма ценное в данной ситуации ракетное топливо, что увеличивает стартовый вес запускаемого космического аппарата, уменьшая тем самым полезную нагрузку. ГЦУ может работать от различных источников энергии: аккумуляторных, солнечных, атомных и других, не тратя для этого массы вещества.

Кроме вышеизложенного, ГЦУ применимо для привода электрогенераторов, что является более актуальным, чем предлагаемое использование для вращения замкнутых механических систем.

Формула изобретения

Гироскопическо-центробежное устройство, содержащее корпус, внутри которого установлены привод и рамка с маховиком, соединенная с приводом посредством многоступенчатой шестеренчатой передачи, монтированной на рамке, причем внутри рамки на валу переносного движения, наклонном к оси рамки, размещен гиромотор, а концы вала посредством шарниров соединены с рамкой и осью ведомой шестерни, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено грузами, эксцентрично установленными на ведомых шестернях симметрично оси рамки.

РИСУНКИ

Рисунок 1