CN104335714B - 卫星动、静平衡测试调整装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星动、静平衡测试调整装置，包括：待测试卫星本体固定在卫星连接圆盘上。卫星连接圆盘与动平衡机连接圆盘的平面相连，用定位销轴固定组成过渡工装。过渡工装可在动平衡机上作水平X、Y方向移动。动平衡机连接圆盘用连接螺栓固定于动平衡机的平面上，其中间具有调节垫片。动平衡机的平面主台面的一侧安装有固定支座，其上设置有调节螺杆。本发明还公开了该动、静平衡测试调整装置的测试调整方法，采用“力矩-力偶平衡法”的技术方案，达到了一次完成卫星动、静平衡测试调整的问题，不但提高了测试调整的精度，而且调整时间从原来的7天减少到2天。

Description

卫星动、静平衡测试调整装置及其方法

技术领域

本发明涉及物体动平衡、静平衡的测试和调整。更具体地，本发明涉及一种航天卫星动、静平衡测试调整装置。本发明还涉及该装置的测试调整方法。

背景技术

目前，对航天卫星的动、静平衡试验在国内和国际都只能单独地进行。即先作静平衡(一平面法)测试和调整，调整完后再作动平衡(二平面法)测试和调整。按此平衡工艺，航天卫星的配重质量很大，而航天卫星的配重质量每增加1公斤将增加昂贵的发射成本。为了减少配重的质量，必须研究制定一种新的、能一次性满足平衡要求的动、静平衡测试调整装置和测试调整工艺。

但是，由于卫星的一些特定条件，对动静平衡测试和调整工艺提出了很高的要求。例如，某地球同步气象卫星，要求在太空中自旋状态(100转/分±1转/分)下，保证星载扫描辐射计通过25分钟的扫描，得到2500条扫描线构成一幅气象云图。用户对云图的质量要求是：相邻二条扫描线的配准精度为3.5微弧度，相邻二幅云图的配准进度为35微弧度。经过设计计算后，对卫星姿态稳定度的技术要求是：卫星短期稳定度为：3.5微弧/0.6秒；长期稳定度为：35微弧/25分钟。为了保证云图质量，必须控制卫星的残余静不平衡量和残余动不平衡量。

典型的地球同步气象卫星卫星静、动平衡的主要技术指标如下：

卫星本体自旋部分：

力矩不平衡量≤2.8kgmm

力偶不平衡量≤600kgmm²

偏心：e≤0.01mm(e＝(e_x ²+e_y ²)^1/2)

远地点发动机组件：

力矩不平衡量≤14kgmm

力偶不平衡量≤4000kgmm²

天线消旋部分：

力矩不平衡量≤1.4kgmm

力偶不平衡量≤3000kgmm²

因此，国内尚无如此高精度的立式动平衡机来满足试验要求。虽然后来从德国申克公司引进了E5立式动平衡机，但没有发现实际应用的工艺或类似相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种卫星动、静平衡测试调整装置。利用本发明，不但克服了现有平衡工艺技术的缺点，而且减少了航天卫星配重的重量和试验时间。

为了解决现有技术的不足，本发明目的的另一方案还提供了卫星动、静平衡测试调整的方法。

为了达到上述发明目的，本发明的第一方面，为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种卫星动、静平衡测试调整装置，该装置包括：待 测试调整的卫星本体，其上固定有静配重和供调整选配的动配重。卫星本体固定在卫星连接园盘上，卫星连接园盘与动平衡机连接园盘平面相连用定位销轴固定组成过渡工装。动平衡机连接园盘用连接螺栓固定于立式动平衡机的平面上，其间具有调节垫片。在卫星连接园盘与动平衡机连接园盘处设置有定位轴，用于卫星试验过程中由于装拆后定位使用。立式动平衡机的平面主台面的一侧安装有固定支座，其上设置有调节螺杆，用于移动过渡工装和卫星本体，调整工装同轴度，调节螺杆上设置有锁紧螺母，调整完毕后用锁紧螺母锁紧。上述过渡工装在立式动平衡机上可作水平X、Y方向移动。

本发明的另一方面，为解决上述技术问题所采用的技术方案是提供一种卫星动、静平衡测试调整装置的测试调整方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：调整过渡工装与动平衡机旋转主轴的平面度和同轴度、卫星本体和过渡工装与动平衡机旋转轴线和卫星自旋轴线和动平衡机旋转轴线三轴线合一；

步骤2：用力矩-力偶平衡工艺进行：卫星本体动平衡的测试、卫星工装的动平衡调试、卫星的测量和动平衡调试；

步骤3：测试调整结束，卫星按要求转移至质量特性测试区域。

本发明卫星动、静平衡测试调整装置及其方法由于采用新的动静平衡装置和“力矩-力偶平衡法”工艺，因此，达到了如下的有益效果：

1、节省了卫星平衡调整的时间，按原工艺方法平衡一颗卫星需用7天，用本发明的工艺和装置只需2天。

2、调整效果精确，卫星自旋轴、几何轴、动平衡机旋转轴三轴轴线 的相对误差＜0.01mm.。

3、卫星的动静配重质量减少了21.8％～44％。

4、操作简单，工艺流程合理，便于实现。

本发明还可用于其他各种自旋卫星的动、静平衡测试和调整，并能保证其自旋轴线与几何轴线一致，确保卫星在天上的正常飞行；也能用于飞船、运载火箭、弹体等需要做动平衡的零、部件及整体试验，以及航天、航空、兵器等领域。同时也能用于民品开发，平衡一些叶轮型、轮胎型的大型叶轮。

附图说明

图1为本发明卫星动、静平衡测试调整装置的结构示意图

图2为上述动、静平衡测试调整装置的过渡工装的结构示意图

图3为本发明卫星动、静平衡测试调整方法中卫星各象限度数

具体实施方式

本发明卫星动、静平衡测试调整装置及其方法首先要解决三轴线合一的问题，其次再用力矩-力偶平衡工艺作测量、调整。“力矩——力偶平衡法，，工艺是：首先用力矩测量方法来进行平衡解决卫星的质心偏差，使其质心偏差控制在一个合适的范围内；再用二平面力偶平衡法来调整卫星的偶不平衡量，使其偏转角度偏差精度调整到技术要求的范围内；最后用三平面法来测量。

下面结合附图对本发明的第一方案，卫星动、静平衡测试调整装置的实施例作进一步详细的说明。

图1为本发明卫星动、静平衡测试调整装置的结构示意图；该装置包括：动配重1、静配重2、卫星本体3、定位销4、卫星连接园盘5、动平衡机连接园盘6、连接螺栓7、定位轴8、E5立式动平衡机9。

如图1所示，该动、静平衡测试调整装置包括：待测试调整的卫星本体3，其上固定有静配重2和供调整选配的动配重1。卫星本体3固定在卫星连接园盘5上。卫星连接园盘5与动平衡机连接园盘6平面相连，用定位销轴4固定组成过渡工装。动平衡机连接园盘6用连接螺栓7固定于E5立式动平衡机9的平面上，其中间具有调节垫片。在卫星连接园盘5与动平衡机连接园盘6处设置有定位轴8，用于卫星试验过程中由于装拆后定位使用，保证动平衡的质量。

图2为动、静平衡测试调整装置过渡工装的结构示意图。包括：定位销轴4、卫星连接园盘5、动平衡机连接园盘6、E5立式动平衡机9、调节螺杆10、锁紧螺母11、固定支座12。

如图2所示，过渡工装由卫星连接园盘5和动平衡机连接园盘6组成，用定位销轴4固定。动平衡机连接园盘6与E5立式动平衡机9的平面主台面相连接，其间具有调节垫片，用于调整过渡工装的平面度，调节结束后再拧紧螺栓7固定。E5立式动平衡机9平面主台面的一侧安装有固定支座12，其上设置有调节螺杆10，用于移动过渡工装和卫星本体3，调整工装同轴度。调节螺杆上设置有锁紧螺母11，调整完毕后用锁紧螺母11锁紧。

上述过渡工装在E5立式动平衡机上能作水平X、Y方向移动。在过渡工装的卫星连接园盘下法兰处具有四个与卫星主承力筒下法兰的钻模 同样大小、误差为0.005mm的孔。

上述定位销轴具有5套大小不一样的定位销轴，定位销轴的直经为φ6mm公差每隔0.05mm一档。

本实施例中的动平衡机采用德国申克公司生产的E5立式动平衡机。

下面结合附图对本发明的另一方案，卫星动、静平衡测试调整装置的测试调整方法作进一步详细的说明。该方法包括下列步骤：

步骤1、调整三轴线合一；

三轴线的定义是：卫星在精度测量结束后，建立了一个卫星几何轴线(安装的几何轴线)；同时卫星在太空飞行时又存在一个卫星自旋轴；而动平衡机有一个旋转轴线。由此产生了三个轴线：卫星几何轴线、卫星自旋轴线、动平衡机旋转轴线必须合一。由此，步骤1分以下步骤进行：

步骤1.1，调整过渡工装与E5动平衡机旋转主轴的平面度和同轴度；

本步骤采取先校正过渡工装的平面度和同轴度再做动静平衡测量配重的方法。

过渡工装由卫星连接园盘和动平衡机连接园盘组成。在校正过渡工装的平面度时，可在动平衡机连接园盘与动平衡机的平面之间用调节垫片进行调节。调节结束后再拧紧螺栓，使动平衡机连接园盘与动平衡机主台面相连接，测量卫星连接园盘上平面，保证平面度≤0.02mm。

然后再调整工装的同轴度，先用调节螺杆移动过渡工装，调节完毕后测量卫星连接园盘的外圆，保证过渡工装的同轴度≤0.02mm，锁紧锁紧螺母。

步骤1.2，卫星本体和过渡工装与动平衡机旋转轴线的同轴调整；

卫星本体安装在过渡工装上，通过调节螺杆移动过渡工装和卫星本体。用移动机构来调节卫星本体与过渡工装的同轴，过渡工装与动平衡机的连接为可调的活动部位，以供调整卫星同轴度。

过渡工装在E5立式动平衡机上能作水平X、Y方向移动，通过测量卫星上旋转关节Φ65圆柱段外圆处的精度，决定移动过渡工装和卫星本体的距离来满足卫星本体与E5立式动平衡机的同轴度≤0.03mm的要求。实现卫星几何轴线和动平衡机旋转轴线合一。

步骤1.3调整过渡工装与E5动平衡机旋转主轴合一；

在过渡工装的卫星连接园盘下法兰处用钻卫星主承力筒下法兰的钻模打四个与产品上同样大小误差为0.005mm的孔来解决动平衡机旋转轴线与卫星本体同轴的问题。

如上所述，定位销轴使用5套大小不一样的定位销轴，定位销轴的直经为φ6mmGC公差每隔0.05mm一档，安装在过渡工装中的定位销轴是采用选配法和修正法来确定它的尺寸。同轴度调节完毕后，拔去定位销轴。吊下卫星进行过渡工装的静动平衡。

启动E5动平衡机，以200转/分的转速进行动静平衡测量配重，最终使过渡工装的残余偶不平衡量为：≤100kgmm²。

步骤1.4调整卫星自旋轴线和动平衡机旋转轴线合一。

吊装卫星，利用定位销轴和过渡工装的卫星连接园盘连接卫星本体，在E5立式动平衡机上，用100转/分反复测量、调整，最终保证卫星自旋轴线与动平衡机旋转轴线合一。这就是说，卫星的自旋轴(卫星质心惯量主轴)为100转/分，用E5动平衡机的100转/分来替代和实现。从而， 通过调整，可以实现卫星几何轴线、卫星自旋轴线、动平衡机旋转轴线三轴线合一的要求。

步骤2、用力矩-力偶平衡工艺作测量、调整。

“力矩-力偶平衡”工艺步骤的目的是使卫星的残余偶不平衡量≤600kgmm，残余力不平衡量≤2.8kgmm，偏心e≤0.008mm。包括用力矩测量方法进行静平衡测试，解决卫星的质心偏差，使其质心偏差控制在一个合适的范围内。用二平面力偶平衡法调整卫星的偶不平衡量，将其偏转角度偏差精度调整到技术要求的范围内。用三平面法进行测量和计算残余偶不平衡量，残余力不平衡量。包括如下步骤：

步骤2.1卫星本体动平衡的测试(Xc、Yc)；

卫星本体动平衡测试采用动平衡工装，包括：卫星连接园盘，动平衡机连接园盘。

将动平衡机连接园盘安装在动平衡机上，用Φ50H7的定位轴定位，动平衡机连接园盘基准线对准动平衡机的0°，并用4个M12×50内六角螺钉固定；卫星连接园盘安装在动平衡机连接园盘上，用4个Φ8mm定位销定位和24个M10×45六角螺钉固定，24个M10×45六角螺钉要一一编号并对号入座安装，安装完毕后测量卫星连接园盘的上端面，根据测量的数据调整的平行度和同轴度，平行度和同轴度都应≤0.05mm；

拆下卫星连接圆盘，与卫星主承力筒下法兰连接，并用4个Φ6mm定位销定位和24个M6×40六角螺钉固定；

将卫星和卫星连接园盘吊上动平衡机连接园盘上，用定位销定位和24个M6×40六角螺钉连接；

调整工装，保证消旋天线的Φ98mm孔或Φ65mm轴(消旋组件轴线或天线上关节轴线)与动平衡机主轴同轴线，同轴度应≤0.05mm；

吊下卫星自旋部分。

步骤2.2，卫星工装的动平衡调试(逆时针方向旋转)。包括：

步骤2.2.1

1)将卫星连接园盘安装在动平衡机连接园盘上，并用Φ8mm定位销定位及螺接；

2)启动E5动平衡机，转速为200转/分(rpm)，逆时针方向旋转，用二平面法作动平衡；

3)当计算机屏幕上显示出动不平衡量时，待数据稳定后，锁定数据，停机并打印；

4)在工装上按显示的数据，用橡皮泥进行配重；

5)按以上2)-4)程序进行第二次平衡；工装最多平衡4次，每次按2)-4)程序进行，最终达到偶不平衡量≤100kgmm²；

步骤2.2.2拆下卫星连接园盘。

步骤2.3卫星的测量和动平衡调试(逆时针方向旋转)，包括：

步骤2.3.1将卫星的转接环置于卫星连接园盘之内，装行程开关，装动平衡工装II、卫星主承力筒下法兰与转接环的Φ6mm定位销定位后用20-M6×40螺钉紧固；吊上动平衡机，用定位销与工装I定位后用螺钉连接固定；

步骤2.3.2，根据动平衡机刻度盘，读卫星各象限度数。如图3所示，I象限处度数为α。；卫星平衡时读出的度数为α；II象限处，基准为Y 向(镜筒)为α。+90°；

卫星坐标转换角度为：360-α+α。

步骤2.3.3，测量卫星消旋天线的Φ98mm孔或Φ65mm轴(消旋组件轴线或天线上关节轴线)处的同轴度≤0.05mm；

步骤2.3.4，启动E5动平衡机，转速分二级调速，先用50转/分(rpm)，再用80转/分(rpm)和100转/分(rpm)；

步骤2.3.5，先用三平面方式初读卫星需要配重数据。动平衡机的转速为：50转/分(rpm)；

步骤2.3.6，再用静平衡方式读卫星需要配重数据；

步骤2.3.7，当动平衡机的CAB690计算机屏幕上显示出静不平衡量时，待数据稳定后，锁定数据，停机并打印；

步骤2.3.8，按显示的数据，在卫星八只角盒处，用静配重块进行配重；

步骤2.3.9，然后用二平面方式作动平衡配重；

步骤2.3.10，启动E5动平衡机，转速从80转/分过渡到100转/分(rpm)；

步骤2.3.11，当CAB690计算机屏幕上显示出动不平衡量时，待数据稳定后，锁定数据，停机并打印；

步骤2.3.12按显示的数据，在卫星上太阳壳的上端面处和下太阳壳的下端面处，用配重块进行配重；

步骤2.3.13，按步骤2.3.10)-2.3.12)进行第二次平衡；最后用铜箔胶带配重；

步骤2.3.14，卫星最多平衡4次，每次按2.3.10)-2.3.12)程序进行，最终达到偶不平衡量≤600kgmm²，力不平衡量≤2.8kgmm；

步骤2.3.15，吊下卫星，拆下工装II和连接环；

步骤2.3.16，拆下动平衡工装I；

步骤3.测试调整结束，整理现场，卫星按要求安全转至总装总测厂房质量特性测试区域。

Claims (8)

1.一种卫星动、静平衡测试调整装置，其特征在于，该装置包括：待测试调整的卫星本体，其上固定有静配重和调整选配的动配重；卫星本体固定在卫星连接园盘上，卫星连接园盘与动平衡机连接园盘平面相连，用定位销轴固定组成过渡工装；动平衡机连接园盘用连接螺栓固定于动平衡机的平面上，其中间具有调节垫片；在卫星连接园盘与动平衡机连接园盘处设置有定位轴，动平衡机的平面主台面的一侧安装有固定支座，其上设置有调节螺杆，调节螺杆上设置有锁紧螺母。

2.根据权利要求1所述的动、静平衡测试调整装置，其特征在于：所述的过渡工装在动平衡机上能作水平X、Y方向移动。

3.根据权利要求1或2所述的动、静平衡测试调整装置，其特征在于：所述过渡工装的卫星连接园盘下法兰处具有四个与卫星主承力筒下法兰的钻模同样大小、误差为0.005mm的孔。

4.根据权利要求1所述的动、静平衡测试调整装置，其特征在于：所述卫星连接园盘与动平衡机连接园盘的定位销轴具有5套，定位销轴的直径为φ6mm，公差每隔0.05mm一档。

5.根据权利要求1所述的动、静平衡测试调整装置，其特征在于：所述的动平衡机为德国申克公司生产的E5立式动平衡机。

6.一种根据权利要求1所述的卫星动、静平衡测试调整装置的测试调整方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：先调整过渡工装与动平衡机旋转主轴的平面度、同轴度，然后调整卫星本体和过渡工装的同轴度；使动平衡机旋转轴线、过渡工装轴 线和卫星自旋轴线达到三轴线合一的目的；

步骤2：用力矩-力偶平衡工艺进行：卫星本体动平衡的测试、卫星工装的动平衡调试、卫星的测量和动平衡调试；

步骤3：测试调整结束，卫星按要求转移至质量特性测试区域。

7.根据权利要求6所述的测试调整方法，其特征在于：所述的步骤1，调整三轴线合一，包括如下步骤：

步骤1.1，调整过渡工装与E5动平衡机旋转主轴的平面度和同轴度；

在动平衡机连接园盘与动平衡机的平面之间用调节垫片调节平面度，测量卫星连接园盘上平面度≤0.02mm，然后拧紧螺栓；

调整工装同轴度，先用调节螺杆移动过渡工装，使得过渡工装的同轴度≤0.02mm，锁紧锁紧螺母；

步骤1.2，卫星本体和过渡工装与动平衡机旋转轴线的同轴调整；

卫星本体安装在过渡工装上，调节螺杆移动过渡工装和卫星本体，测量卫星上旋转关节Φ65圆柱段外圆处的精度，决定移动过渡工装和卫星本体的距离，满足卫星本体与E5立式动平衡机的同轴度≤0.03mm；

步骤1.3，调整过渡工装与E5动平衡机旋转主轴合一；

在过渡工装的卫星连接园盘下法兰处用钻卫星主承力筒下法兰的钻模打四个与卫星上同样大小误差为0.005mm的孔；采取选配法和修正法用5套大小不一样的定位销轴，安装在过渡工装中进行同轴度调节；调节完毕后，拔去定位销轴，吊下卫星；

启动E5动平衡机，以200转/分的转速进行动静平衡测量配重，最终使过渡工装的残余偶不平衡量为：≤100kgmm²；

步骤1.4，调整卫星自旋轴线和动平衡机旋转轴线合一；

吊装卫星，利用定位销轴和过渡工装的卫星连接园盘连接卫星本体，在E5立式动平衡机上，用100转/分反复测量、调整，最终保证卫星自旋轴线与动平衡机旋转轴线合一。

8. 根据权利要求6所述的测试调整方法，其特征在于：所述的步骤2，力矩-力偶平衡工艺测量、调整；包括如下步骤：

步骤2.1，卫星本体动平衡测试；

将动平衡机连接园盘安装在动平衡机上，用Φ50H7的定位轴定位，动平衡机连接园盘基准线对准动平衡机的0°，并用4个M12×50内六角螺钉固定；卫星连接园盘安装在动平衡机连接园盘上，用4个Φ8mm定位销定位和24个M10×45六角螺钉固定，后测量卫星连接园盘的上端面，根据测量的数据调整的平行度和同轴度都应≤0.05mm；

拆下卫星连接圆盘，与卫星主承力筒下法兰连接，并用4个Φ6mm定位销定位和24个M6×40六角螺钉固定；

将卫星和卫星连接园盘吊上动平衡机连接园盘上，用定位销定位和24个M6×40六角螺钉连接；

调整工装，保证消旋天线的Φ98mm孔或Φ65mm轴与动平衡机主轴同轴线，同轴度应≤0.05mm；吊下卫星自旋部分；

步骤2.2，卫星工装动平衡调试；包括：

步骤2.2.1，

1)将卫星连接园盘安装在动平衡机连接园盘上，并用Φ8mm定位销定位及螺接；

2)启动E5动平衡机，转速为200转/分(rpm)，逆时针方向旋转，用二平面法作动平衡；

3)当计算机屏幕上显示出动不平衡量时，待数据稳定后，锁定数据，停机并打印；

4)在工装上按显示的数据，用橡皮泥进行配重；

5)按以上2)～4)程序进行第二次平衡；工装最多平衡4次，每次按2)～4)程序进行，最终达到偶不平衡量≤100kgmm²；

步骤2.2.2，拆下卫星连接园盘；

步骤2.3，卫星的测量和动平衡调试，包括：

步骤2.3.1，将卫星的转接环置于卫星连接园盘之内，装行程开关，装动平衡工装II、卫星主承力筒下法兰与转接环的Φ6mm定位销定位后用20-M6×40螺钉紧固；吊上动平衡机，用定位销与工装I定位后用螺钉连接固定；

步骤2.3.2，根据动平衡机刻度盘，读卫星各象限度数，I象限处度数为α。；卫星平衡时读出的度数为α；II象限处，基准为Y向镜筒为α。+90；卫星坐标转换角度为：360-α+α。；

步骤2.3.3，测量卫星消旋天线的Φ98mm孔或Φ65mm轴处的同轴度≤0.05mm；

步骤2.3.4，启动E5动平衡机，逆时针方向旋转，转速分二级调速，先用50转/分，再用80转/分和100转/分；

步骤2.3.5，先用三平面方式初读卫星需要配重数据；动平衡机的转速为：50转/分；

步骤2.3.6，用静平衡方式读卫星需要配重数据；

步骤2.3.7，当动平衡机的CAB690计算机屏幕上显示出静不平衡量时，待数据稳定后，锁定数据，停机并打印；

步骤2.3.8，按显示的数据，在卫星八只角盒处，用静配重块进行配重；

步骤2.3.9，然后用二平面方式作动平衡配重；

步骤2.3.10，启动E5动平衡机，转速从80转/分过渡到100转/分；

步骤2.3.11，当CAB690计算机屏幕上显示出动不平衡量时，待数据稳定后，锁定数据，停机并打印；

步骤2.3.12，按显示的数据，在卫星上太阳壳的上端面处和下太阳壳的下端面处，用配重块进行配重；

步骤2.3.13，按步骤2.3.10)～2.3.12)进行第二次平衡；最后用铜箔胶带配重；

步骤2.3.14，卫星最多平衡4次，每次按2.3.10)～2.3.12)程序进行，最终达到偶不平衡量≤600kgmm²，力不平衡量≤2.8kgmm；

步骤2.3.15，吊下卫星，拆下工装II和连接环；

步骤2.3.16，拆下动平衡工装。