CN103538733A - 气浮悬挂式三维展开试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种气浮悬挂式三维展开试验装置，包括：四个X方向气浮运动机构、六个Y方向气浮运动机构、六个Z方向配重机构和支撑框架，支撑框架上设置有两个X方向导轨和两个Y方向导轨，两个X方向导轨平行设置，四个X方向气浮运动机构两个一组分别套接至对应的X方向导轨，Y方向导轨的两端分别连接至位于两个X方向导轨上位置相对的X方向气浮运动机构，六个Y方向气浮运动机构三个一组分别套接至对应的Y方向导轨，六个Z方向配重机构与六个Y方向气浮运动机构一一对应，分别连接至相对应的Y方向气浮运动机构的下方。本发明具有定位精度高、响应速度快等、摩擦阻力小的优点，能够满足卫星活动部件地面三维展开试验的要求。

Description

气浮悬挂式三维展开试验装置
技术领域
本发明涉及一种卫星三维展开试验装置，具体地，涉及一种气浮悬挂式三维展开试验装置。
背景技术
卫星活动部件在轨展开时是处于失重状态的，因此，在进行地面展开试验时，需要对其重力进行补偿，以消除重力在展开过程中的影响。补偿装置必须在支撑试验对象重量的同时，不能施加任何约束力。
现有的展开试验装置通常采用被动式机械悬挂系统来实现。被动式机械悬挂系统主要包括钢丝绳、弹簧秤、滑轮组和重力块等。该系统结构简单、成本低、适应性强、维护方便。但是在整个展开过程中，系统悬挂的力是变化的，而且在机构展开的过程中会产生额外的摩擦力，导致活动部件地面展开与在轨展开不一致，出现滑轮组摆动等情况，试验误差大。
目前，随着活动部件的大型化和复杂化，需要对其进行地面三维展开试验验证，但是由于现有技术条件限制，目前只能采用二维悬挂法进行地面展开试验，对于三维展开试验，在地面做展开试验时，需要分两步展开：即首先将卫星转90°，在其上悬挂导轨滑块，将中板展开；其次，将活动部件压回初始位置，再将卫星转到竖直状态，在其上悬挂导轨滑块，将内外板展开，由此可知：现有展开过程需要卫星姿态的转换，而且其不能实现三维展开，与卫星在轨状态有差别。
本发明针对以上问题，提供一种气浮悬挂式三维展开试验装置，该装置具有响应速度快、摩擦阻力小的特点，能够满足卫星活动部件地面三维展开试验的要求。经对现有技术的文献检索发现，目前没有发现能用于卫星活动部件的地面气浮悬挂式三维展开试验装置。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种气浮悬挂式三维展开试验装置，该装置具有定位精度高、响应速度快、摩擦阻力小等特点，能够满足卫星活动部件地面三维展开试验的要求。
根据本发明的一个方面，提供一种气浮悬挂式三维展开试验装置，包括：四个X方向气浮运动机构、六个Y方向气浮运动机构、六个Z方向配重机构和支撑框架，支撑框架上设置有两个X方向导轨和两个Y方向导轨，两个X方向导轨平行设置，四个X方向气浮运动机构两个一组分别套接至对应的X方向导轨，Y方向导轨的两端分别连接至位于两个X方向导轨上位置相对的X方向气浮运动机构，六个Y方向气浮运动机构三个一组分别套接至对应的Y方向导轨，六个Z方向配重机构与六个Y方向气浮运动机构一一对应，分别连接至相对应的Y方向气浮运动机构的下方。
优选地，X方向气浮运动机构包括：X方向气浮轴承和Y方向导轨安装件，X方向气浮轴承上设置有导轨安装孔，X方向气浮轴承通过导轨安装孔与X方向导轨套接连接，Y方向导轨安装件设置在X方向气浮轴承下方，与Y方向导轨连接。
优选地，X方向气浮运动机构还包括喷气调节阀，喷气调节阀设置在X方向气浮轴承侧面。
优选地，Y方向气浮运动机构包括Y方向气浮轴承，Y方向气浮轴承上设置有导轨安装孔，Y方向气浮轴承通过导轨安装孔与Y方向导轨套接连接。
优选地，Z方向配重机构包括拉力传感器、拉力调节装置、第一定滑轮、动滑轮、角度测量机构、第二定滑轮、配重吊绳和配重块，拉力传感器连接至Y方向气浮轴承的下方，拉力调节装置与拉力传感器连接，第一定滑轮与拉力调节装置连接，第二定滑轮与支撑框架连接，配重吊绳一端与拉力调节装置连接，另一端依次通过第一定滑轮和第二定滑轮与配重块连接，动滑轮设置在拉力调节装置和第一定滑轮之间的配重吊绳上与配重吊绳连接，角度测量机构与动滑轮连接。
优选地，第一定滑轮和第二定滑轮平行设置。
优选地，支撑框架采用工业铝型材搭建。
优选地，配重吊绳采用钢丝绳。
以下以某型号卫星太阳翼展开试验为例来说明该装置的工作原理及过程，由于该太阳翼为T型分布，传统展开试验中需分步展开，需要卫星姿态调整，而该装置可较好的解决该问题。首先调节太阳翼与试验装置间的平行度，使其满足展开试验要求，将太阳翼和试验装置通过钢丝绳连接，使太阳翼处于收拢状态；当太阳翼的中板开始逐渐展开时，展开试验装置上的X方向的气浮导轨将跟随太阳翼展开，通过拉力传感器可实时测量拉力情况，通过二维角度测量机构可测量展开过程中钢丝绳与竖直方向的角度变化，当试验装置落后于太阳翼时，控制器控制后电磁阀动作，为其加速，使其跟上太阳翼的展开过程。当试验装置超前于太阳翼时，控制器控制前电磁阀动作，为其减速，使其等待太阳翼展开，通过控制电磁阀从而保证试验装置与太阳翼的同步运动；同理，太阳翼的内板、外板展开时，其Y方向的气浮运动机构保持其与太阳翼的同步运动。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：发明装置通过在展开过程中引入气浮轴承机构，从而使其展开过程中导轨间的摩擦阻力大大降低，而且，设计了喷气调节阀、拉力调节机构、角度测量机构等，进一步改善了气浮轴承机构的运动学特性。与传统的悬挂式展开装置相比，本发明具有定位精度高、响应速度快等、摩擦阻力小的优点，能够满足卫星活动部件地面三维展开试验的要求。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明气浮悬挂式三维展开试验装置的结构示意图；
图2为本发明的三维运动机构的结构示意图；
图3为本发明的X方向气浮运动机构的结构示意图；
图4为本发明的Y方向气浮运动机构和Z方向配重机构的连接关系结构示意图。
图中：1为支撑框架，2为太阳翼，3为Y方向导轨，4为Y方向气浮运动机构，5为X方向气浮运动机构，6为X方向导轨，7为Z方向配重机构，8为导轨安装孔，41为Y方向气浮轴承，51为X方向气浮轴承、52为Y方向导轨安装件，53为喷气调节阀，71为拉力传感器、72为拉力调节装置、73为第一定滑轮、74为动滑轮、75为角度测量机构、76为第二定滑轮、77为配重吊绳，78为配重块。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
请同时参阅图1至图4，一种气浮悬挂式三维展开试验装置，包括：四个X方向气浮运动机构、六个Y方向气浮运动机构、六个Z方向配重机构和支撑框架，支撑框架上设置有两个X方向导轨和两个Y方向导轨，两个X方向导轨平行设置，四个X方向气浮运动机构两个一组分别套接至对应的X方向导轨，Y方向导轨的两端分别连接至位于两个X方向导轨上位置相对的X方向气浮运动机构，六个Y方向气浮运动机构三个一组分别套接至对应的Y方向导轨，六个Z方向配重机构与六个Y方向气浮运动机构一一对应，分别连接至相对应的Y方向气浮运动机构的下方。
X方向气浮运动机构采用气浮轴承，通过两端气浮轴承在导轨上的滑动，实现X方向的运动，同时带动Y、Z方向运动；Y方向气浮运动机构同样采用气浮轴承在导轨上运动；Z方向配重机构采用两个定滑轮、一个动滑轮实现Z方向的配重要求；支撑框架提供活动部件展开所需的支撑要求。
进一步地，如图2、图3所示，X方向气浮运动机构包括：X方向气浮轴承、Y方向导轨安装件和喷气调节阀，X方向气浮轴承上设置有导轨安装孔，X方向气浮轴承通过导轨安装孔与X方向导轨套接连接，Y方向导轨安装件设置在X方向气浮轴承下方，与Y方向导轨连接，喷气调节阀设置在X方向气浮轴承侧面。
X方向气浮运动机构用以实现X方向的运动，其主要为满足活动部件一次展开的要求。并且，为了满足活动部件在展开过程中起停阶段的要求，本发明还设计了喷气调节阀，当气浮轴承运动慢于活动部件运动时，后端喷气调节阀喷气；当气浮轴承运动快于活动部件运动时，前端喷气调节阀喷气，从而实现气浮轴承运动与活动部件运动的同步性。
进一步地，如图2、图3所示，Y方向气浮运动机构包括Y方向气浮轴承，Y方向气浮轴承上设置有导轨安装孔，Y方向气浮轴承通过导轨安装孔与Y方向导轨套接连接。Z方向配重机构包括拉力传感器、拉力调节装置、第一定滑轮、动滑轮、角度测量机构、第二定滑轮、配重吊绳和配重块，拉力传感器连接至Y方向气浮轴承的下方，拉力调节装置与拉力传感器连接，第一定滑轮与拉力调节装置连接，第二定滑轮与支撑框架连接，且第一定滑轮和第二定滑轮平行设置。配重吊绳一端与拉力调节装置连接，另一端依次通过第一定滑轮和第二定滑轮与配重块连接，动滑轮设置在拉力调节装置和第一定滑轮之间的配重吊绳上与配重吊绳连接，角度测量机构与动滑轮连接。
Y方向气浮运动机构与X方向气浮运动机构相似，用于提供活动部件二次展开时所需的运动，通过Y方向六个吊点，实现活动部件的三维展开。Z方向配重机构用于抵消活动部件展开过程中的重力。并且，本发明通过添加拉力传感器、拉力调节装置，可实现展开过程中平衡力的调节；通过添加角度测量机构，可实现展开过程中钢丝绳角度偏差，从而为X、Y方向气浮运动机构提供参考。
更为具体地，配重吊绳采用钢丝绳。支撑框架采用工业铝型材搭建，提供整个展开机构的支撑。
本发明的工作过程及原理如下：以某型号卫星太阳翼展开试验为例来说明该装置的工作原理及过程，由于该太阳翼为T型分布，传统展开试验中需分步展开，需要卫星姿态调整，而该装置可较好的解决该问题。首先调节太阳翼与试验装置间的平行度，使其满足展开试验要求，将太阳翼和试验装置通过钢丝绳连接，使太阳翼处于收拢状态；当太阳翼的中板开始逐渐展开时，展开试验装置上的X方向的气浮导轨将跟随太阳翼展开，通过拉力传感器可实时测量拉力情况，通过二维角度测量机构可测量展开过程中钢丝绳与竖直方向的角度变化，当试验装置落后于太阳翼时，控制器控制后电磁阀动作，为其加速，使其跟上太阳翼的展开过程。当试验装置超前于太阳翼时，控制器控制前电磁阀动作，为其减速，使其等待太阳翼展开，通过控制电磁阀从而保证试验装置与太阳翼的同步运动；同理，太阳翼的内板、外板展开时，其Y方向的气浮运动机构保持其与太阳翼的同步运动。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种气浮悬挂式三维展开试验装置，其特征在于，包括：四个X方向气浮运动机构、六个Y方向气浮运动机构、六个Z方向配重机构和支撑框架，所述支撑框架上设置有两个X方向导轨和两个Y方向导轨，两个X方向导轨平行设置，所述四个X方向气浮运动机构两个一组分别套接至对应的X方向导轨，所述Y方向导轨的两端分别连接至位于所述两个X方向导轨上位置相对的X方向气浮运动机构，所述六个Y方向气浮运动机构三个一组分别套接至对应的所述Y方向导轨，所述六个Z方向配重机构与所述六个Y方向气浮运动机构一一对应，分别连接至相对应的Y方向气浮运动机构的下方。
2.根据权利要求1所述的气浮悬挂式三维展开试验装置，其特征在于，所述X方向气浮运动机构包括：X方向气浮轴承和Y方向导轨安装件，所述X方向气浮轴承上设置有导轨安装孔，所述X方向气浮轴承通过所述导轨安装孔与所述X方向导轨套接连接，所述Y方向导轨安装件设置在所述X方向气浮轴承下方，与所述Y方向导轨连接。
3.根据权利要求2所述的气浮悬挂式三维展开试验装置，其特征在于，所述X方向气浮运动机构还包括喷气调节阀，所述喷气调节阀设置在所述X方向气浮轴承侧面。
4.根据权利要求1所述的气浮悬挂式三维展开试验装置，其特征在于，所述Y方向气浮运动机构包括Y方向气浮轴承，所述Y方向气浮轴承上设置有导轨安装孔，所述Y方向气浮轴承通过所述导轨安装孔与所述Y方向导轨套接连接。
5.根据权利要求4所述的气浮悬挂式三维展开试验装置，其特征在于，所述Z方向配重机构包括拉力传感器、拉力调节装置、第一定滑轮、动滑轮、角度测量机构、第二定滑轮、配重吊绳和配重块，所述拉力传感器连接至所述Y方向气浮轴承的下方，所述拉力调节装置与所述拉力传感器连接，所述第一定滑轮与所述拉力调节装置连接，所述第二定滑轮与所述支撑框架连接，所述配重吊绳一端与所述拉力调节装置连接，另一端依次通过所述第一定滑轮和第二定滑轮与所述配重块连接，所述动滑轮设置在所述拉力调节装置和第一定滑轮之间的配重吊绳上与所述配重吊绳连接，所述角度测量机构与所述动滑轮连接。
6.根据权利要求5所述的气浮悬挂式三维展开试验装置，其特征在于，所述第一定滑轮和第二定滑轮平行设置。
7.根据权利要求1所述的气浮悬挂式三维展开试验装置，其特征在于，所述支撑框架采用工业铝型材搭建。
8.根据权利要求5所述的气浮悬挂式三维展开试验装置，其特征在于，所述配重吊绳采用钢丝绳。
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