CN102589804B - 一种小卫星质量特性测试用的卫星姿态转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小卫星质量特性测试用的卫星姿态转换装置，其特征在于包括：垂直工装(2)、L梁(6)、直角支架(7)、配重块，其中：垂直工装(2)为圆柱结构，L梁(6)包括主体结构(13)、连接圆盘(15)、移动机构(14)、旋转机构(11)、支撑系统(12)，直角支架(7)的主体结构由ZALSi9Mg铸造加工成型，成L形，在L梁(6)的主体结构(13)的水平部分的末端还设置有第一配重块(8)，本发明采用部件组合的方式构成了试验设备，该设备可以根据需要进行选择和组合，在保证高精度的条件下，实现了结构简单，成本低的目标。

Description

一种小卫星质量特性测试用的卫星姿态转换装置

技术领域

本发明涉及一种卫星试验装置，尤其涉及一种小卫星质量特性测试用的卫星姿态转换装置。 

背景技术

根据研制流程，卫星需进行质量特性测试，包括质心测量、转动惯量测量以及配重补偿，使整星质量特性满足运载和姿轨控的需求，并验证整星质量特性的理论计算值。 

质心测试使用质心测试台3进行测试，包括X、Y、Z三个方向的测试，如测量不满足要求需进行配重。X、Y向质心测试是使用垂直工装将卫星垂直向放置在质心测试台3上进行测试，Z向质心测试是使用水平工装4将卫星翻身90°水平向放置在质心测试台3上进行测试。如图1、图2所示。 

转动惯量测试使用转动惯量测试台进行测试，包括Jx、Jy、Jz、Jx-yθ、Jz-xθ、Jz-yθ向的测试，其中Jx-yθ表示卫星绕Z轴逆时针转动θ角的转动惯量，Jz-xθ表示卫星绕Y轴逆时针转动θ角的转动惯量，Jz-yθ表示卫星绕X轴逆时针转动θ角的转动惯量。 

Jz向转动惯量测试是使用垂直工装将卫星垂直向放置在转动惯量测试台上进行测试；Jx、Jy、Jx-yθ向转动惯量测试是使用第一水平工装4(I)将卫星翻身90°水平向放置在转动惯量测试台上进行测试，测试时卫星需要逆时针转动θ角；Jz-xθ、Jz-yθ向转动惯量测试是使用第一水平工装4(I)、第二水平工装4(II)将卫星垂直向放置在转动惯量测试台上进行测试，测试时卫星需要逆时针转动θ角。如图3、图4、图5所示。 

但是现有技术中，技术人员为了获得卫星的质量特性，需要对卫星进行在不同的试验设备上进行多次吊装，试验设备结构复杂，试验周期长，成本高，因此急需提供一种集成度高，并能够实现上述功能的小卫星质量特性测试用的卫星姿态转换装置 

发明内容

为了使得卫星姿态转换装置具有重量轻、结构简单、可以进行吊装翻身的特点，能够满足小卫星质量特性测试的要求。本发明提供了一种小卫星质量特性测试用的卫星姿态转换装置。 

本发明的技术方案是提供了一种小卫星质量特性测试用的卫星姿态转换装置，其特征在于包括：垂直工装、L梁、直角支架、配重块，其中： 

垂直工装为圆柱结构，其上端设置有卫星固定法兰，下端设置有测试台固定法兰，卫星固定法兰和测试台固定法兰上具有供连接螺栓穿过的孔，圆柱的壁面均匀设置若干个孔，以减轻垂直工装的重量； 

L梁包括主体结构、连接圆盘、移动机构、旋转机构、支撑系统，L梁的主体结构由ZALSi9Mg铸造加工成型，成L形，连接圆盘用于与测试台相连接，移动机构是一套滚珠丝杠副，其平行安装于主体结构的水平部分，通过摇动旋转手柄，带动丝杠旋转，从而使卫星姿态转换装置在连接圆盘上前后运动；旋转机构由旋转轴、轴承、旋转圆盘、涡轮蜗杆机构组成，用于使卫星绕旋转轴旋转，实现不同角度的姿态转换；支撑系统由支撑杆和滚轮组成，用于支撑与卫星连接的圆环，减小旋转机构轴承承受的力； 

直角支架的主体结构由ZALSi9Mg铸造加工成型，成L形，直角支架的竖直部分上设置有与L梁的旋转机构连接的连接装置，直角支架的水平部分设置有与垂直工装连接的连接装置，且直角支架的水平部分的末端位置设置有配重安装接口，第二配重块固定安装于该接口上； 

在L梁的主体结构的水平部分的末端还设置有第一配重块。 

本发明的有益效果是：本发明采用部件组合的方式构成了试验设备，该设备可以根据需要进行选择和组合，在保证高精度的条件下，实现了结构简单，成本低的目标。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，其中： 

图1X、Y向质心测试示意图； 

图2Z向质心测试示意图； 

图3Jz向转动惯量测试示意图； 

图4Jx、Jy、Jx-yθ向转动惯量测试示意图； 

图5Jz-xθ、Jz-yθ向转动惯量测试； 

图6为卫星姿态转换装置总图； 

图7为L梁、垂直工装的组合件示意图； 

图8为垂直工装示意图； 

图9为L梁示意图； 

图10为直角支架示意图。 

其中：1卫星、2垂直工装、3质心测试台、4水平工装、4(I)第一水平工装、4(II)第二水平工装、5转动惯量测试台、6L梁、7直角支架、8第一配重块、9第二配重块、10起吊翻身装置、11旋转机构、12支撑机构、13L梁主体结构、14移动机构、15连接圆盘； 

具体实施方式

卫星1姿态转换装置用于小卫星质量特性测试，需要能够进行Jx、Jy、Jz、Jx-yθ、Jz-xθ、Jz-yθ多个状态的姿态转换。本装置主要由L梁6、直角支架7、垂直工装2、配重块组成，有三种使用状态，满足质量特性测试时卫星1的姿态转换的要求。本装置能够通过旋转机构使卫星1绕旋转轴旋转，实现姿态转换；能够通过移动机构调节本装置在测试台上的位置，使卫星质心在测试台中心轴线上；能够通过起吊翻身系统实现本装置的吊装和翻身操作，方便本装置自身的组装、卫星1安装至本装置、本装置安装至测试台；能够通过配重调节本装置的质心位置，使本装置的质心与卫星1的质心、测试台中心处于同一轴线上，减小工装对卫星质量特性测试精度的影响。 

垂直工装2的设计及使用 

垂直工装2用于X、Y向质心测试和Jz向转动惯量测试，同时是整套姿态转换装置中与卫星1连接的工装。为减小工装重量对卫星1转动惯量测试精度的影响，工装需要轻量化设计；为满足支撑卫星1的需求，工装需要有足够的刚度和硬度。因此垂直工装2设计为整体结构，由ZALSi9Mg整体铸造、加工成型，并经过表面冷硬阳极化处理。为满足测试精度的要求，提出了较高的平面度、平行度、同轴度要求，如图8所示。最终成型后需经过动、静平衡校正。 

使用时垂直工装2通过一个Φ50的定位销与质心测试台3、转动惯量测试台5连接，再将卫星1固定在垂直工装2上，进行X、Y向质心测试和Jz向转动惯量的测试。 

垂直工装2为圆柱结构，其上端设置有卫星1固定法兰，下端设置有测试台固定法兰，卫星1固定法兰和测试台固定法兰上具有供连接螺栓穿过的孔，圆柱的壁面均匀设置四个孔，以减轻垂直工装2的重量。 

L梁6的设计及使用 

L梁6使用时与垂直工装2组装后使用，用于Z向质心测试和Jx、Jy、Jx-yθ向转动惯量测试，能够使卫星1绕Z轴旋转。具体见图7、图9。L梁6由L梁主体结构13、连接圆盘15、移动机构14、旋转机构11、支撑机构12、起吊翻身装置10组成，为了减小工装重量，L梁6主体结构由ZALSi9Mg铸造加工成型，成L形，其中连接圆盘位于主体结构下方，用于与质心测试台3、转动惯量测试台5连接，由锻铝加工成型。连接圆盘具有较高的平面度、同轴度要求。移动机构是一套滚珠丝杠副，其平行安装于主体结构的水平部分，通过摇动旋转手柄，带动丝杠旋转，从而使卫星1姿态转换装置在连接圆盘上前后运动，以调节本装置在质心测试台3、转动惯量测试台5上的位置，使卫星1质心在测试台中心轴线上。旋转机构由旋转轴、轴承、旋转圆盘、蜗轮蜗杆机构组成，用于使卫星1绕旋转轴旋转，实现不同角度的姿态转换。支撑系统由支撑杆和滚轮组成，用于支撑与卫星连接的圆环，减小旋转机构轴承承受的力。在L梁主体结构13的水平部分的末端设置有第一配重块8；起吊翻身系统由四根起吊臂、两副单杆吊具组成，通过双钩吊装，实现本卫星1姿态转换装置的吊装与翻身90°操作，从而实现卫星1姿态转换装置的吊装和翻身操作。

使用时首先根据小卫星的设计质心位置，计算出卫星1安装在卫星1姿态转换装置上时的质心位置，通过移动机构调节连接圆盘位置，使连接圆盘上的定位销孔中心与卫星设计质心处于同一竖直轴线上。然后将垂直工装2与L梁6连接固定，整体吊装至质心测试台3上，测试本装置的质心，在第一配重块8位置进行配重，使本装置的质心、连接圆盘上的定位销孔中心、卫星设计质心、质心测试台3中心处于同一竖直轴线上，记录配重重量和位置。之后将本装置整体吊装至转动惯量测试台5上，测试本装置的转动惯量值。通过以上步骤，本装置自身状态调试完毕，可以进行卫星的质量特性测试。 

将调试完毕的卫星姿态转换装置上的配重取下，吊装翻身逆时针90°，将卫星吊装至本装置上固定，再吊装翻身顺时针90°，此时状态与图7状态一致。然后将本装置与卫星整体吊装至质心测试台3上，配重放回原位，进行质心测试，通过计算得到卫星的Z向质心值。再整体吊装至转动惯量测试台5上进行转动惯量测试，测试时使用旋转机构旋转θ角度，通过计算得到卫星的Jx、Jy、Jx-yθ转动惯量值。 

直角支架7的设计及使用 

直角支架7使用时与L梁6、垂直工装2组装后使用，用于Jz-xθ、Jz-yθ向转动惯量测试，能够使卫星绕X轴或Y轴旋转。具体见图1、图10。 

直角支架7主体结构由ZALSi9Mg铸造加工成型，成L形，直角支架7的竖直部分上设置有与L的旋转机构连接的连接装置，直角支架7的水平部分设置有与垂直工装2连接的连接装置，且直角支架7的水平部分的末端位置设置有配重安装接口，第二配重块可在固定安装在该接口上。直角支架7设计时需要考虑到卫星的质心高度，使卫星安装至本卫星姿态转换装置上时质心位于旋转轴线上。 

使用时首先按图6组装直角支架7、L梁6、垂直工装2，通过移动机构调节连接圆盘位置，使连接圆盘上的定位销孔中心与卫星设计质心处于同一竖直轴线上。然后将本装置整体吊装至质心测试台3上，测试本装置的质心，在第一配重块8位置、第二配重块位置9进行配重，同时需要使用旋转机构使直角工装旋转θ角度，使本装置的质心、连接圆盘上的定位销孔中心、卫星设计质心、质心测试台3中心处于同一竖直轴线上，记录配重重量和位置。之后将本装置整体吊装至转动惯量测试台5上，测试本装置的转动惯量值；使用旋转机构使直角工装旋转θ角度，测试转动惯量值。通过以上步骤，本装置自身状态调试完毕，获得了必要的测试值，可以进行卫星的质量特性测试。 

将调试完毕的卫星姿态转换装置上的配重取下，吊装至组装工位，将卫星吊装至本装置上固定，此时状态与图6状态一致。然后将本装置与卫星整体吊装至转动惯量测试台5上进行转动惯量测试，配重放回原位，测试时使用旋转机构旋转θ角度，通过计算得到卫星的Jz-xθ转动惯量值。吊装卫星，使卫星绕竖直轴旋转90°，重新与本装置连接，进行转动惯量测试，测试时使用旋转机构旋转θ角度，通过计算得到卫星的Jz-yθ转动惯量值。 

Claims (1)

1.一种小卫星质量特性测试用的卫星姿态转换装置，其特征在于包括：垂直工装(2)、L梁(6)、直角支架(7)、配重块，其中：

垂直工装(2)为圆柱结构，其上端设置有卫星固定法兰，下端设置有测试台固定法兰，卫星固定法兰和测试台固定法兰上具有供连接螺栓穿过的孔，圆柱的壁面均匀设置若干个孔，以减轻垂直工装(2)的重量；垂直工装(2)为整体结构，由ZALSi9Mg整体铸造、加工成型，并经过表面冷硬阳极化处理；最终成型后需经过动、静平衡校正；使用时垂直工装(2)通过一个Φ50的定位销与质心测试台、转动惯量测试台连接，再将卫星固定在垂直工装(2)上；

L梁(6)包括主体结构(13)、连接圆盘(15)、移动机构(14)、旋转机构(11)、支撑系统(12)和起吊翻身装置(10)，L梁(6)的主体结构(13)由ZALSi9Mg铸造加工成型，成L形，连接圆盘位于主体结构(13)下方，用于与测试台相连接，移动机构是一套滚珠丝杠副，其平行安装于主体结构(13)的水平部分，通过摇动旋转手柄，带动丝杠旋转，从而使卫星姿态转换装置在连接圆盘上前后运动；旋转机构由旋转轴、轴承、旋转圆盘、蜗轮蜗杆机构组成，用于使卫星绕旋转轴旋转，实现不同角度的姿态转换；支撑系统由支撑杆和滚轮组成，用于支撑与卫星连接的圆环，减小旋转机构轴承承受的力；起吊翻身装置(10)由四根起吊臂、两副单杆吊具组成；

直角支架(7)的主体结构由ZALSi9Mg铸造加工成型，成L形，直角支架(7)的竖直部分上设置有与L梁(6)的旋转机构连接的连接装置，直角支架(7)的水平部分设置有与垂直工装(2)连接的连接装置，且直角支架(7)的水平部分的末端位置设置有配重安装接口，第二配重块(9)固定安装于该接口上；

在L梁(6)的主体结构(13)的水平部分的末端还设置有第一配重块(8)。