CN104943877B - 自动水平调节的卫星通用太阳翼展开架 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动水平调节的卫星通用太阳翼展开架，由机械系统和控制系统组成，机械系统主要包括两根上部导轨、两套驱动机构、主梁、铰接伸缩机构、刚接伸缩机构，太阳翼展开架的机械系统固定在基础设施两侧上设置的相对牛腿上，两根上部导轨分别焊接在牛腿上；上部导轨与主梁连接，主梁在驱动机构的驱动下实现在上部导轨上的移动，即实现整个系统在指定区域的移动。本发明消除了接触间隙和多余约束，使得升降机构自由升降，消除了升降过程卡死现象，同时消除了平台的摆动，保证了系统的调平效果和稳定性，实现了展开架位置自由变换、高度自由升降，导轨水平度0.04mm/m的精确自动调整。

Description

自动水平调节的卫星通用太阳翼展开架
技术领域
本发明属于航天器地面试验工装技术领域，具体涉及一种用于航天器的具备自动水平调节功能的通用太阳翼地面展开试验装置。
背景技术
航天器研制过程中为了验证太阳翼的各项性能指标，需开展多次太阳翼地面展开试验。为了满足不同平台、不同型号间太阳翼地面展开试验的需求，需设计卫星通用展开架。由于太阳翼在轨展开处于零重力状态，因此太阳翼展开架需在试验过程中对太阳翼的重力进行卸载，为了提高卸载效率，悬挂式重力卸载方式对太阳翼展开架的导轨直线度、水平度等提出了较高的要求。
目前的航天器太阳翼地面展开架均是采用网架式结构(参见图1)，网架式结构一旦建立起来，比较固定，不太灵活，无法满足通用性的要求，为了满足不同型号间的太阳翼需求，需要调整网架高度适应各个型号。调整网架后，需对系统的导轨水平度、直线度等精度指标进行测量和调整，需花费较大的人力、物力和时间。图1显示了现有技术中的太阳翼展开架结构，该展开架包括四个立柱框架1-3和支撑在立柱框架顶部上的横梁架1-1，横梁架1-1上设置有横向移动的横向导轨1-4和纵向移动的纵向导轨1-2，纵向导轨1-2可沿着横向导轨移动以形成二维运动。
由于现有的太阳翼展开架具有上述不足，随着型号任务的急剧增加，场地资源、人力、精调设备资源越来越紧张，对通用性较好、能自动调节精度的太阳翼展开架需求显得十分迫切。
发明内容
本发明的目的是提供一种卫星太阳翼地面展开试验时进行重力卸载的通用展开架，具备自动高精度水平调节功能，旨在解决目前太阳翼展开架占用场地资源大，通用性较差、精度调节效率低下的问题，本发明能实现展开架位置自由变换、高度自由升降，导轨水平度0.04mm/m的精确自动调整。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种自动水平调节的卫星通用太阳翼展开架，由机械系统和控制系统组成，机械系统主要包括两根上部导轨(2-2)、两套驱动机构(2-3)、主梁(2-4)、铰接伸缩机构(2-5)、刚接伸缩机构(2-6)、弹簧(2-7)、平台(2-8)、底部导轨(2-9)，太阳翼展开架的机械系统固定在基础设施两侧上设置的相对牛腿(2-1)上，两根上部导轨(2-2)分别焊接在牛腿上；上部导轨(2-2)与主梁(2-4)之间分别通过驱动机构(2-3)进行连接，主梁(2-4)在驱动机构(2-3)的驱动下实现在上部导轨(2-2)上的移动，即实现整个系统在指定区域的移动；主梁(2-4)上设置有两套伸缩机构，包括铰链伸缩机构(2-5)和刚性伸缩机构(2-6)，其中铰接伸缩机构(2-5)与主梁(2-4)之间的连接方式为铰接，且通过弹簧(2-7)进行拉紧；刚性伸缩机构(2-6)与主梁(2-4)之间的连接方式为刚性固定；两套伸缩机构下方通过螺接的方式设置在平台(2-8)上，平台(2-8)下方固定在底部导轨(2-9)上，底部导轨包括纵向导轨和横向导轨，用于设置太阳翼展开的二维悬挂机构。
其中，铰接伸缩机构(2-5)和刚接伸缩机构(2-6)的结构形式除连接机构(3-8和3-9)外完全相同，分别由电机(3-1)，顶部轴承(3-2)，第一节臂(3-3)，丝杆(3-4)，底部轴承(3-5)，压紧机构(3-6)，第二节臂(3-7)组成。
其中，铰接伸缩机构(2-5)下端直接通过铰接伸缩机构连接装置(3-8)与平台(2-8)进行铰接，刚接伸缩机构(2-6)下端通过铰接伸缩机构连接装置(3-8)后，再通过微调机构(3-10)与平台(2-8)进行铰接；丝杠(3-4)通过顶部轴承(3-2)和第一节臂(3-3)相连，丝杠(3-4)的顶部通过键与电机(3-1)连接，丝杠(3-4)的下部通过底部轴承(3-5)与第二节臂(3-7)连接，电机(3-1)驱动丝杠(3-4)，丝杠(3-4)推动第二节臂(3-7)在第一节臂(3-3)内做升降运动，第一节臂(3-3)与第二节臂(3-7)之间通过压紧机构(3-6)消除间隙，升降机构下端连接的微调机构(3-10)可实现平台(2-8)的水平度调节。
其中，控制系统用于实现机械系统在指定区域内的移动、平台(2-8)在指定范围内升降以及平台(2-8)的水平度自动调节。
其中，平台(2-8)上布置倾角传感器，以测量水平度参数。
其中，主梁(2-4)移动的运动控制分别由两套驱动机构(2-3)驱动，升降运动由两台电机(3-1)分别驱动丝杠(3-4)带动两节第2节臂(3-7)同步运动实现，水平度精调由微调机构(3-10)实现。
本发明通过压紧机构(3-6)把第2节臂向第一节臂压紧，消除了侧向接触见习，连接装置(3-8,3-9)把第2节臂(3-7)和平台(2-8)连接起来，连接装置释放了三个自由度，也消除了接触间隙，从而消除了多余约束，使得升降机构自由升降，消除了升降过程卡死现象，同时消除了平台(2-8)的摆动，保证了系统的调平效果和稳定性。从而实现了展开架位置自由变换、高度自由升降，导轨水平度0.04mm/m的精确自动调整。
附图说明
图1是现有技术中太阳翼展开架的结构示意图；
其中，1-1为横梁架，1-2纵向导轨，1-3立柱框架，1-4横向导轨；
图2是本发明的自动水平调节的卫星通用太阳翼展开架的结构示意图，其中，2-1为牛腿，2-2为导轨，2-3为驱动机构，2-4为主梁，2-5为铰接伸缩机构，2-6为刚接伸缩结构，2-7为弹簧，2-8为平台，2-9为导轨。
图3a和图3b是本发明的自动水平调节的卫星通用太阳翼展开架中铰接升降机构和刚接升降结构的结构示意图；
其中，3-1为电机，3-2为顶部轴承，3-3为第一节臂，3-4为丝杆，3-5为底部轴承，3-6为压紧机构，3-7为第二节臂，3-8为铰接伸缩机构连接装置，3-9为刚接伸缩机构连接装置，3-10为微调机构；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，但这些仅仅是示例性的，并不旨在对其保护范围进行任何限定。
参见图2，图2是本发明的自动水平调节的卫星通用太阳翼展开架的结构示意图，该卫星通用太阳翼展开架由机械系统和控制系统组成，机械系统主要包括两根上部导轨2-2、两套驱动机构2-3、主梁2-4、铰接伸缩机构2-5、刚接伸缩机构2-6、弹簧2-7、平台2-8、底部导轨2-9，太阳翼展开架的机械系统固定在基础设施两侧上设置的相对牛腿2-1上，两根上部导轨2-2分别焊接在牛腿上；上部导轨2-2与主梁2-4之间分别通过驱动机构2-3进行连接，主梁2-4在驱动机构2-3的驱动下实现在上部导轨2-2上的移动，即实现整个系统在指定区域的移动；主梁2-4上设置有两套伸缩机构，包括铰链伸缩机构2-5和刚性伸缩机构2-6，其中铰接伸缩机构2-5与主梁2-4之间的连接方式为铰接，且通过弹簧2-7进行拉紧；刚性伸缩机构2-6与主梁2-4之间的连接方式为刚性固定；两套伸缩机构下方通过螺接的方式设置在平台2-8上，平台2-8下方固定在底部导轨2-9上，底部导轨包括纵向导轨和横向导轨，用于设置太阳翼展开的二维悬挂机构。
在一具体的实施方式中，太阳翼展开架的机械系统一般固定在基建提供的牛腿2-1上，牛腿2-1的数量一般为2×2个；牛腿2-1三方安装2根导轨，与导轨之间的连接方式为焊接；导轨与主梁之间为驱动机构，驱动机构自带电机，2套驱动机构同步运动可带动主梁在指定区域内移动。
在一具体实施方式中，两套伸缩机构2-5,2-6与主梁之间的连接方式分别为铰接和刚接，其中铰接伸缩机构顶2-5端与主梁2-4还通过弹簧进行拉紧；铰接伸缩机构2-5下端通过一点与平台进行铰接连接，刚接伸缩机构2-6下端通过两处微调机构与平台进行铰接连接，微调机构与伸缩机构的连接方式为刚接；图3a和图3b分别显示了本发明的自动水平调节的卫星通用太阳翼展开架中铰接升降机构和刚接升降结构的结构示意图；铰接伸缩机构(2-5)下端直接通过铰接伸缩机构连接装置(3-8)与平台(2-8)进行铰接，刚接伸缩机构(2-6)下端通过铰接伸缩机构连接装置(3-8)后，再通过微调机构(3-10)与平台(2-8)进行铰接；丝杠(3-4)通过顶部轴承(3-2)和第一节臂(3-3)相连，丝杠(3-4)的顶部通过键与电机(3-1)连接，丝杠(3-4)的下部通过底部轴承(3-5)与第二节臂(3-7)连接，电机(3-1)驱动丝杠(3-4)，丝杠(3-4)推动第二节臂(3-7)在第一节臂(3-3)内做升降运动，第一节臂(3-3)与第二节臂(3-7)之间通过压紧机构(3-6)消除间隙，升降机构下端连接的微调机构(3-10)可实现平台(2-8)的水平度调节。
其中，铰接升降机构和刚接升降机构限制了平台在水平方向的所有自由度：2个平动自由度和1个在水平面内的转动自由度，提高了系统的调平作业的稳定性。微调机构可实现平台的水平度精确调整。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术的原理前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也都应该在本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种自动水平调节的卫星通用太阳翼展开架，由机械系统和控制系统组成，机械系统主要包括两根上部导轨(2-2)、两套驱动机构(2-3)、主梁(2-4)、铰接伸缩机构(2-5)、刚接伸缩机构(2-6)、弹簧(2-7)、平台(2-8)、底部导轨(2-9)，太阳翼展开架的机械系统固定在基础设施两侧上设置的相对牛腿(2-1)上，两根上部导轨(2-2)分别焊接在牛腿上；上部导轨(2-2)与主梁(2-4)之间分别通过驱动机构(2-3)进行连接，主梁(2-4)在驱动机构(2-3)的驱动下实现在上部导轨(2-2)上的移动，即实现整个系统在指定区域的移动；主梁(2-4)上设置有两套伸缩机构，包括铰接伸缩机构(2-5)和刚接伸缩机构(2-6)，其中铰接伸缩机构(2-5)与主梁(2-4)之间的连接方式为铰接，且通过弹簧(2-7)进行拉紧；刚接伸缩机构(2-6)与主梁(2-4)之间的连接方式为刚性固定；两套伸缩机构下方通过螺接的方式设置在平台(2-8)上，平台(2-8)下方固定在底部导轨(2-9)上，底部导轨包括纵向导轨和横向导轨，用于设置太阳翼展开的二维悬挂机构。
2.如权利要求1所述的太阳翼展开架，其中，铰接伸缩机构(2-5)和刚接伸缩机构(2-6)的结构形式除连接机构(3-8和3-9)外完全相同，分别由电机(3-1)，顶部轴承(3-2)，第一节臂(3-3)，丝杆(3-4)，底部轴承(3-5)，压紧机构(3-6)，第二节臂(3-7)组成。
3.如权利要求1所述的太阳翼展开架，其中，铰接伸缩机构(2-5)下端直接通过铰接伸缩机构连接装置(3-8)与平台(2-8)进行铰接，刚接伸缩机构(2-6)下端通过铰接伸缩机构连接装置(3-8)后，再通过微调机构(3-10)与平台(2-8)进行铰接；丝杠(3-4)通过顶部轴承(3-2)与第一节臂(3-3)连接、丝杠(3-4)的顶部通过键与电机(3-1)连接，丝杠(3-4)的下部通过底部轴承(3-5)与第二节臂(3-7)连接，电机(3-1)驱动丝杠(3-4)，丝杠(3-4)推动第二节臂(3-7)在第一节臂(3-3)内做升降运动，第一节臂(3-3)与第二节臂(3-7)之间通过压紧机构(3-6)消除间隙，微调机构(3-10)实现平台(2-8)的水平度调节。
4.如权利要求1所述的太阳翼展开架，其中，控制系统用于实现机械系统在指定区域内的移动、平台(2-8)在指定范围内升降以及平台(2-8)的水平度自动调节。
5.如权利要求1-4任一项所述的太阳翼展开架，其中，平台(2-8)上布置倾角传感器，以测量水平度参数。
6.如权利要求1-4任一项所述的太阳翼展开架，其中，主梁(2-4)移动的运动控制分别由两套驱动机构(2-3)驱动，升降运动由两台电机(3-1)分别驱动丝杠(3-4)带动两节第二节臂(3-7)同步运动实现，水平度精调由微调机构(3-10)实现。
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