CN103496450A - 适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置 - Google Patents

适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置 Download PDF

Info

Publication number
CN103496450A
CN103496450A CN201310470025.3A CN201310470025A CN103496450A CN 103496450 A CN103496450 A CN 103496450A CN 201310470025 A CN201310470025 A CN 201310470025A CN 103496450 A CN103496450 A CN 103496450A
Authority
CN
China
Prior art keywords
air
floating ball
ball bearing
micro
gap flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310470025.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103496450B (zh
Inventor
王常虹
夏红伟
马广程
宋效正
李莉
庞志成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201310470025.3A priority Critical patent/CN103496450B/zh
Publication of CN103496450A publication Critical patent/CN103496450A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103496450B publication Critical patent/CN103496450B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

一种适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置，包括基座、气浮球轴承副、转接环和仪表平台，所述的气浮球轴承副包括气浮球轴、公共缓冲腔、单排环隙节流孔、排气孔、环隙节流器和气浮球轴承，基座安装在地基上，气浮球轴承下端安装在基座上，气浮球轴能够悬浮于气浮球轴承上，气浮球轴能够三维转动自由度，气浮球轴上端设有转接环，转接环与仪表平台固定连接；本发明设计原理简单、安全可靠，同时具有一般空气轴承的优点。

Description

适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置
技术领域
本发明涉及测量技术，具体说就是一种适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置。
背景技术
空间飞行器一旦发射将难以维修，其特殊的运行环境使其地面仿真试验显得尤为重要，因此必须在地面进行充分的试验分析，地面仿真系统研制过程中的一个关键问题是如何实现飞行器在太空中微干扰力矩运行环境的模拟。
中国发明专利申请号200710064795.2，专利名称为“单轴全物理仿真磁浮台”，该专利公开了一种单轴全物理仿真磁浮台，主要用于对航天器等运动体的控制系统进行全物理仿真，作为一种自由转台，本发明克服了一般的半物理仿真机械转台摩擦力矩大的缺点，但其磁浮特性不适用于对剩磁具有严格要求的场合，并且实现三轴磁浮具有一定的困难。
中国发明专利申请号200720173799.X，专利名称为“气浮台”，该专利公开了一种气浮台，该气浮台包括气浮平台、高压气源、模拟平台，高压气源为模拟平台提供高压气体，并使模拟平台在高压气体作用下漂浮在气浮平台上，所述模拟平台由平台本体和固定在平台本体下方的至少三个气浮块构成，该平台具有一维转动和二维平动能力。
李季苏等在“气浮台在卫星控制系统仿真中的应用”(航天控制，2008年，第5期，33-38页)论文中叙述了单轴和三轴气浮台仿真设备在卫星控制系统仿真中的应用，但没有具体给出气浮台的设计方法。
本发明基于气浮球轴承给出一种原理简单、安全可靠、容易工程实现的微干扰力矩环境模拟装置，具有三维转动自由度，可以模拟飞行器在空间中微干扰力矩的环境，适用于飞行器的地面全／半物理仿真试验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原理简单、安全可靠、容易工程实现并适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置。
本发明的目的是这样实现的：一种适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置，包括基座、气浮球轴承副、转接环和仪表平台，所述的气浮球轴承副包括气浮球轴、公共缓冲腔、单排环隙节流孔、排气孔、环隙节流器和气浮球轴承，基座安装在地基上，气浮球轴承下端安装在基座上，气浮球轴能够悬浮于气浮球轴承上，气浮球轴能够三维转动自由度，气浮球轴上端设有转接环，转接环与仪表平台固定连接；气浮球轴承内部设置有公共缓冲腔，公共缓冲腔与供气口连接，单排环隙节流孔一端连接公共缓冲腔，单排环隙节流孔另一端连接环隙节流器，环隙节流器镶嵌在气浮球轴承中，气浮球轴承底部设置有排气孔，气浮球轴采用中空设计；供气口设有单向阀。
本发明还具有如下特征：
所述的气浮球轴承副工作气压不大于0.8MPa，压缩空气经一根管路进入缓冲腔，然后经环隙节流孔进入气浮球轴承，压缩空气在气浮球轴与气浮球轴承之间形成气膜，该气膜压力抵消掉气浮台体的重力后，台体就能够自由旋转。
本发明适用于飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置，利用高压气体在气浮球轴和气浮球轴承座之间形成高压气膜，具有摩擦力／力矩极小的特点，可以模拟飞行器在空间中微干扰力矩的环境，适用于飞行器的地面全／半物理仿真试验。系统设计原理简单、安全可靠、制造工艺性好，同时具有一般空气轴承的优点，如运动精度受温度变化影响小、无磨损、精度寿命长、适应速度变化范围大。
附图说明
图1为本发明的原理及组成示意图；
图2为本发明的气浮球轴承副组成示意图。
其中，1、基座，2、气浮球轴承，3、气浮球轴，4、转接环，5、仪表平台，6、公共缓冲腔，7、单排环隙节流孔，8、排气孔，9、环隙节流器。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1
结合图1，一种适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置，包括基座1、气浮球轴承副、转接环4和仪表平台5，所述的气浮球轴承副包括气浮球轴3、公共缓冲腔6、单排环隙节流孔7、排气孔8、环隙节流器9和气浮球轴承2，基座1安装在地基上，气浮球轴承2下端安装在基座1上，气浮球轴3能够悬浮于气浮球轴承2上，气浮球轴3能够三维转动自由度，气浮球轴3上端设有转接环4，转接环4与仪表平台5固定连接，可以安装不同规格的仪表平台；气浮球轴承2内部设置有公共缓冲腔6，有效提高球轴承的动态特性和可靠性，公共缓冲腔6与供气口连接，单排环隙节流孔7一端连接公共缓冲腔6，单排环隙节流孔7另一端连接环隙节流器9，环隙节流器9镶嵌在气浮球轴承2中，气浮球轴承2底部设置有排气孔8，气浮球轴3采用中空设计，在保证自身刚度的情况下减轻自重，提高有效载重能力；供气口设有单向阀，防止回流，提高工作安全性；所述的气浮球轴承副工作气压不大于0.8MPa，有利于提高动态稳定性，并且低压供气安全、易实现，压缩空气经管路进入缓冲腔，然后经环隙节流孔进入气浮球轴承，压缩空气在气浮球轴与气浮球轴承之间形成气膜，该气膜压力抵消掉气浮台体的重力后，台体就能够自由旋转。
实施例2
如图2所示，所述的气浮球轴承副包括气浮球轴3、公共缓冲腔6、单排环隙节流孔7、排气孔8、环隙节流器9和气浮球轴承2，其中气浮球轴3采用中空设计，在保证自身刚度的情况下减轻自重，提高有效载重能力；气浮球轴承2设计有单排环隙节流孔7，气浮球轴承2底部设计有1个排气孔8，提高了制造工艺性，并且避免多排节流孔、排气孔的扰流问题，提高系统的性能；所述的气浮球轴承2设计有公共缓冲腔6，一方面可以起到滤波稳定供气压力的作用，对气浮球轴承2起到“阻尼”作用，进一步提高了轴承的动态特性；同时由于在进气口设计有单向阀，可以在供气故障中保持气浮球轴承正常工作一段时间，给工作人员足够的反应时间，这也提高了系统的安全系数。并且这种设计只需连接一条供气管路即可向所有的节流器同时供气，不仅简化了结构，降低了供气管路故障率，而且减少了供气管路的沿程压力损失和局部压力损失，提高了供气效率。
实施例3
如图2所示，所述环隙节流器9是镶嵌在气浮球轴承中的，并选择过盈配合，以防配合面漏气或节流器在压力作用下脱落，妨碍气浮轴承副正常工作。由于节流器是单独零件，不仅便于加工维护，而且保证了精度的同一性。
实施例4
为了减轻重量，仪表平台采用硬铝制造，并由形状相同的四部分组合而成，以提高铸造和加工工艺性。球轴和球轴承采用38CrM0Ae制造，经过渗氮淬火，渗氮表面具有一定的抗锈性及尺寸稳定性。基座采用灰铸铁(HT200)铸造，既降低了成本，又具有较好的工艺性。
实施例5
该装置基于气浮球轴承构建，气浮球轴承供气压力不大于0.8MPa，经管路进入缓冲腔，然后经环隙节流孔进入气浮球轴承，压缩空气在气浮球轴与轴承之间形成气膜，该气膜压力抵消掉气浮台体的重力后，台体就可以自由旋转，从而实现空间飞行器在轨三轴自由转动的模拟；仪表平台上装载飞行器的各种模拟设备或运动机构及飞行器有效载荷等产品，以便真实地模拟整个飞行器的结构布局和工作状态，通过对其台体进行转动惯量和质心的调整，减小重力引起的静不平衡力矩，可模拟卫星转动惯量的质量特性，以及飞行器在轨微干扰力矩状态下的动力学环境。

Claims (2)

1.一种适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置，其特征在于：包括基座、气浮球轴承副、转接环和仪表平台，所述的气浮球轴承副包括气浮球轴、公共缓冲腔、单排环隙节流孔、排气孔、环隙节流器和气浮球轴承，基座安装在地基上，气浮球轴承下端安装在基座上，气浮球轴能够悬浮于气浮球轴承上，气浮球轴能够三维转动自由度，气浮球轴上端设有转接环，转接环与仪表平台固定连接；气浮球轴承内部设置有公共缓冲腔，公共缓冲腔与供气口连接，单排环隙节流孔一端连接公共缓冲腔，单排环隙节流孔另一端连接环隙节流器，环隙节流器镶嵌在气浮球轴承中，气浮球轴承底部设置有排气孔，气浮球轴采用中空设计；供气口设有单向阀。
2.如权利要求1所述的一种适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置，其特征在于：所述的气浮球轴承副工作气压不大于0.8MPa，压缩空气经一根管路进入缓冲腔，然后经环隙节流孔进入气浮球轴承，压缩空气在气浮球轴与气浮球轴承之间形成气膜，该气膜压力抵消掉气浮台体的重力后，台体就能够自由旋转。
CN201310470025.3A 2013-09-28 2013-09-28 适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置 Active CN103496450B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310470025.3A CN103496450B (zh) 2013-09-28 2013-09-28 适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310470025.3A CN103496450B (zh) 2013-09-28 2013-09-28 适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103496450A true CN103496450A (zh) 2014-01-08
CN103496450B CN103496450B (zh) 2016-07-06

Family

ID=49861747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310470025.3A Active CN103496450B (zh) 2013-09-28 2013-09-28 适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103496450B (zh)

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103863585A (zh) * 2014-04-01 2014-06-18 哈尔滨工业大学 三自由度空间模拟器
CN103991558A (zh) * 2014-04-17 2014-08-20 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 一种抗干扰力矩模拟器
CN104133479A (zh) * 2014-08-08 2014-11-05 上海新跃仪表厂 一种采用单轴气浮台模拟挠性卫星三轴姿态耦合运动的测试系统及其方法
CN104443449A (zh) * 2014-10-31 2015-03-25 上海卫星工程研究所 用于卫星附件展开试验的多孔金属材料气浮装置及其方法
CN105045136A (zh) * 2015-06-19 2015-11-11 哈尔滨工业大学 空间微干扰力矩环境地面模拟系统安全保护装置
CN105181371A (zh) * 2015-09-10 2015-12-23 哈尔滨工业大学 飞行器地面仿真中载荷安装装置
CN105242573A (zh) * 2015-10-26 2016-01-13 哈尔滨工业大学 卫星姿态控制地面全物理仿真智能控制系统
CN105388781A (zh) * 2015-11-24 2016-03-09 北京精密机电控制设备研究所 一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置
CN106438701A (zh) * 2016-10-21 2017-02-22 哈尔滨工业大学 多节流孔组合式的过缝能力增强型气足
CN108267966A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 中国科学院沈阳自动化研究所 一种低频挠性力矩模拟装置
CN108557117A (zh) * 2018-03-12 2018-09-21 上海卫星工程研究所 气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置及方法
CN108583943A (zh) * 2018-03-12 2018-09-28 上海卫星工程研究所 闭式气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置
CN108945537A (zh) * 2018-08-31 2018-12-07 天津航天机电设备研究所 基于双级气浮的航天器三维零重力模拟装置
CN110456663A (zh) * 2019-08-19 2019-11-15 哈尔滨工业大学 基于多源信息融合的飞行器导航控制技术仿真装置及方法
CN110542440A (zh) * 2019-10-16 2019-12-06 哈尔滨工业大学 一种惯性器件残余力矩测量装置及方法
CN110683080A (zh) * 2019-08-30 2020-01-14 北京航空航天大学 一种磁悬浮球碗轴承装置
CN111024310A (zh) * 2019-12-24 2020-04-17 北京卫星制造厂有限公司 一种用于卫星高精度质测的多维气浮随动系统
CN112550780A (zh) * 2020-12-15 2021-03-26 上海卫星工程研究所 一种基于磁浮作动器的气浮台干扰力矩模拟方法及系统
CN113044251A (zh) * 2021-03-30 2021-06-29 贵州工程应用技术学院 一种空间定点转动的动力学模拟装置
CN115232734A (zh) * 2022-08-19 2022-10-25 兰州理工大学 一种气动悬浮式三维微重力生物效应模拟系统及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5501114A (en) * 1993-09-28 1996-03-26 National Aerospace Laboratory Of Science & Technology Three-dimensional free motion apparatus
CN101275883A (zh) * 2007-03-26 2008-10-01 北京智源博科技有限公司 单轴全物理仿真磁浮台
CN201151486Y (zh) * 2007-10-25 2008-11-19 北京航空航天大学 气浮台
KR20120075812A (ko) * 2010-12-29 2012-07-09 한국항공우주연구원 3축 자세제어 시험장치
CN202807110U (zh) * 2012-08-14 2013-03-20 淮安中科科创精密机械科技有限公司 半主动式重力补偿结构的气浮六自由度模拟卫星装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5501114A (en) * 1993-09-28 1996-03-26 National Aerospace Laboratory Of Science & Technology Three-dimensional free motion apparatus
CN101275883A (zh) * 2007-03-26 2008-10-01 北京智源博科技有限公司 单轴全物理仿真磁浮台
CN201151486Y (zh) * 2007-10-25 2008-11-19 北京航空航天大学 气浮台
KR20120075812A (ko) * 2010-12-29 2012-07-09 한국항공우주연구원 3축 자세제어 시험장치
CN202807110U (zh) * 2012-08-14 2013-03-20 淮安中科科创精密机械科技有限公司 半主动式重力补偿结构的气浮六自由度模拟卫星装置

Cited By (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103863585A (zh) * 2014-04-01 2014-06-18 哈尔滨工业大学 三自由度空间模拟器
CN103991558A (zh) * 2014-04-17 2014-08-20 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 一种抗干扰力矩模拟器
CN104133479B (zh) * 2014-08-08 2017-03-15 上海新跃仪表厂 一种采用单轴气浮台模拟挠性卫星三轴姿态耦合运动的测试方法
CN104133479A (zh) * 2014-08-08 2014-11-05 上海新跃仪表厂 一种采用单轴气浮台模拟挠性卫星三轴姿态耦合运动的测试系统及其方法
CN104443449A (zh) * 2014-10-31 2015-03-25 上海卫星工程研究所 用于卫星附件展开试验的多孔金属材料气浮装置及其方法
CN105045136A (zh) * 2015-06-19 2015-11-11 哈尔滨工业大学 空间微干扰力矩环境地面模拟系统安全保护装置
CN105045136B (zh) * 2015-06-19 2018-07-24 哈尔滨工业大学 空间微干扰力矩环境地面模拟系统安全保护装置
CN105181371A (zh) * 2015-09-10 2015-12-23 哈尔滨工业大学 飞行器地面仿真中载荷安装装置
CN105242573A (zh) * 2015-10-26 2016-01-13 哈尔滨工业大学 卫星姿态控制地面全物理仿真智能控制系统
CN105242573B (zh) * 2015-10-26 2019-07-05 哈尔滨工业大学 卫星姿态控制地面全物理仿真智能控制系统
CN105388781A (zh) * 2015-11-24 2016-03-09 北京精密机电控制设备研究所 一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置
CN106438701A (zh) * 2016-10-21 2017-02-22 哈尔滨工业大学 多节流孔组合式的过缝能力增强型气足
CN106438701B (zh) * 2016-10-21 2018-09-07 哈尔滨工业大学 多节流孔组合式的过缝能力增强型气足
CN108267966A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 中国科学院沈阳自动化研究所 一种低频挠性力矩模拟装置
CN108267966B (zh) * 2016-12-30 2021-02-26 中国科学院沈阳自动化研究所 一种低频挠性力矩模拟装置
CN108583943A (zh) * 2018-03-12 2018-09-28 上海卫星工程研究所 闭式气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置
CN108557117B (zh) * 2018-03-12 2020-03-06 上海卫星工程研究所 气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置及方法
CN108557117A (zh) * 2018-03-12 2018-09-21 上海卫星工程研究所 气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置及方法
CN108945537A (zh) * 2018-08-31 2018-12-07 天津航天机电设备研究所 基于双级气浮的航天器三维零重力模拟装置
CN110456663A (zh) * 2019-08-19 2019-11-15 哈尔滨工业大学 基于多源信息融合的飞行器导航控制技术仿真装置及方法
CN110683080A (zh) * 2019-08-30 2020-01-14 北京航空航天大学 一种磁悬浮球碗轴承装置
CN110542440A (zh) * 2019-10-16 2019-12-06 哈尔滨工业大学 一种惯性器件残余力矩测量装置及方法
CN110542440B (zh) * 2019-10-16 2022-11-22 哈尔滨工业大学 一种惯性器件残余力矩测量装置及方法
CN111024310A (zh) * 2019-12-24 2020-04-17 北京卫星制造厂有限公司 一种用于卫星高精度质测的多维气浮随动系统
CN111024310B (zh) * 2019-12-24 2021-11-16 北京卫星制造厂有限公司 一种用于卫星高精度质测的多维气浮随动系统
CN112550780A (zh) * 2020-12-15 2021-03-26 上海卫星工程研究所 一种基于磁浮作动器的气浮台干扰力矩模拟方法及系统
CN113044251A (zh) * 2021-03-30 2021-06-29 贵州工程应用技术学院 一种空间定点转动的动力学模拟装置
CN115232734A (zh) * 2022-08-19 2022-10-25 兰州理工大学 一种气动悬浮式三维微重力生物效应模拟系统及其应用
CN115232734B (zh) * 2022-08-19 2024-04-30 兰州理工大学 一种气动悬浮式三维微重力生物效应模拟系统及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN103496450B (zh) 2016-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103496450A (zh) 适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置
CN103197669B (zh) 基于一种dgcmg构型的卫星多种姿态控制模式测试系统
CN107792393B (zh) 主从非接触内含式卫星地面验证系统及其验证方法
CN106516182B (zh) 双五自由度气浮主从非接触式双超卫星地面原理验证系统
CN103514792B (zh) 空间六自由度气浮随动运动平台
Nobili et al. Relevance of the weak equivalence principle and experiments to test it: Lessons from the past and improvements expected in space
CN201151486Y (zh) 气浮台
CN1986337A (zh) 三维气浮平台与气压式重力补偿方法
CN103454927B (zh) 飞行器分布式网络化全物理地面仿真装置
CN207197761U (zh) 一种含重力卸载的微振动源地面测量系统
CN101509819B (zh) 单轴气浮台平衡调整方法
CN105352662A (zh) 一种用于航天装备的新型安装调整装置
CN112382160B (zh) 一种六自由度模拟器气浮滑轮系统
CN105182798A (zh) 空间飞行器对地运动全物理仿真系统
Liu et al. Novel electromagnetic repeated launch locking/unlocking device (RLLUD) based on self-locking for magnetic bearing flywheel
CN201716180U (zh) 磁悬浮轴承的测控装置
CN105890831B (zh) 高精度控制力矩陀螺力矩输出的测量装置及其测量方法
Siegl et al. Simulation and experimental validation of a 9 ton AMB rotor landing in rolling element back-up bearings
Liu et al. Analysis and experiment of 5-DOF decoupled spherical vernier-gimballing magnetically suspended flywheel (VGMSFW)
CN106379564B (zh) 航天器地面仿真用三轴微干扰力矩运动模拟装置
Huang et al. Main wheel prerotation and ground taxi driven by electric taxi system
CN105109712A (zh) 基于六自由度气浮台z向控制的气浮轴
CN105151332B (zh) 空间飞行器全物理地面仿真系统推力装置
CN106644535B (zh) 一种姿控系统全物理仿真用三自由度磁浮台
Rahnamai et al. Design and development of a low-cost CubeSat attitude control system testing platform

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant