CN105242570A - 飞行器对日关系地面仿真模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种飞行器控制系统地面仿真对日关系模拟装置，包括太阳光模拟器系统、一维平动系统、一维转动系统、平台反射镜、电控系统和测控终端，平台反射镜旋转，测控终端控制整个系统，完成一维平动系统与一维转动系统的联动，而不是直接带动整个太阳光模拟器进行平动和转动，从而实现模拟太阳光的不同角度出射；同时，一维平动系统和一维转动系统3将位置信息反馈给测控终端，当运动到目标位置后停止运行。本装置具有原理简单、工程实现容易，调试方便等优点。

Description

飞行器对日关系地面仿真模拟装置

技术领域

本发明涉及测量技术，具体说就是飞行器对日关系地面仿真模拟装置。

背景技术

飞行器空间运行中必须考虑与太阳的相对关系，并且飞行器一旦发射维修成本高昂，其特殊的运行环境使其地面仿真试验显得尤为重要。因此，研究飞行器对日关系地面仿真模拟装置及方法具有重要的意义。

经检索文献发现，中国发明专利申请号：CN201410820962，专利名称为多功能太阳光模拟装置，该专利公布了一种多功能太阳光模拟装置，其准直光学系统可拆装，当多功能太阳光模拟装置中设置准直光学系统时，该装置实现准直式太阳光模拟功能；当多功能太阳光模拟装置中移出准直光学系统时，该装置实现发散式太阳光模拟功能。

中国发明专利申请号：CN201410713019，专利名称为：一种三结砷化镓电池测试用三谱段太阳模拟器装置，属于光谱技术领域中涉及的一种三谱段太阳模拟器装置，公开了一种三结砷化镓电池测试用三谱段太阳模拟器装置，目的是提高太阳模拟器装置的光谱匹配精度。

发明内容

基于以上不足之处，本发明的目的在于提供一种飞行器对日关系地面仿真模拟装置，本装置基于太阳光模拟器和外置的一维平动与转动系统实现不同角度入射太阳光的模拟。

本发明采用以下技术方案予以实现：一种飞行器对日关系地面仿真模拟装置，包括太阳光模拟器系统(1)、一维平动系统(2)、一维转动系统(3)、平台反射镜(4)、电控系统(5)和测控终端(6)，太阳光模拟器系统(1)安装在一维平动系统(2)旁边的地基上，电控系统(5)和测控终端(6)安装在一维平动系统(2)旁边的地基上；所述一维转动系统(3)中心轴上安装平台反射镜(4)，

所述一维平动系统(2)包括机械框架(21)、丝杠(22)、导轨(23)和电机(24)；一维转动系统(3)安装在一维平动系统(2)上，

所述太阳光模拟器系统(1)包括氙灯调节机构(11)、反光镜(12)、氙灯光源(13)、积分器(14)、太阳光模拟器反射镜(15)、准直镜(16)、机械台体(17)和电源(18)；氙灯调节机构(11)、反光镜(12)和氙灯光源(13)都安装在机械台体(17)的底端，氙灯调节机构(11)与氙灯光源(13)连接，反光镜(12)与氙灯光源(13)连接，积分器(14)安装于光路通道中，太阳光模拟器反射镜(15)安装在机械台体(17)的上端，准直镜(16)安装在机械台体(17)的上端并处于光路通道中，电源(18)安装在机械台体(17)的旁边；丝杠(22)和导轨(23)安装在机械框架(21)的上端，电机(24)安装在机械框架(21)上面，电机(24)与丝杠(22)相连接；电机带动平台反射镜(4)旋转，测控终端(6)控制整个系统，完成一维平动系统(2)与一维转动系统(3)的联动，从而实现模拟太阳光的不同角度出射；同时，一维平动系统(2)和一维转动系统(3)将位置信息反馈给测控终端(6)，当运动到目标位置后停止运行。

本发明还具有如下技术特征：

1、所述的太阳光模拟器系统(1)采用高准直型太阳模拟器，其聚光镜面型采用椭球面。

2、所述的一维平动系统(2)采用了温度补偿措施，采用插值法消除温度的影响。

本发明的特点和优点：

提供一种飞行器对日关系地面仿真模拟装置及方法，基于太阳光模拟器和外置的一维平动与转动系统实现不同角度太阳光的模拟，通过保证氙灯光源固定不动来保证发光的稳定性，同时采用外置一维转动和一维平动，能够简化整体设计、降低电机驱动功率、保证系统稳定性，具有精度高、原理简单、工程实现方便、便于调试等优点。

附图说明

图1是对日位置关系模拟装置结构示意图；

图2是太阳光模拟系统结构示意图；

图3是一维平动系统结构示意图；

图4是变量定义示意图。

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1-3所示，一种飞行器对日关系地面仿真模拟装置，包括太阳光模拟器系统1、一维平动系统2、一维转动系统3、平台反射镜4、电控系统5和测控终端6，太阳光模拟器系统1安装在一维平动系统2旁边的地基上，电控系统5和测控终端6安装在一维平动系统2旁边的地基上；所述一维转动系统3中心轴上安装平台反射镜4，

所述一维平动系统2包括机械框架21、丝杠22、导轨23和电机24；一维转动系统3安装在一维平动系统2上，

所述太阳光模拟器系统1包括氙灯调节机构11、反光镜12、氙灯光源13、积分器14、太阳光模拟器反射镜15、准直镜16、机械台体17和电源18；氙灯调节机构11、反光镜12和氙灯光源13都安装在机械台体17的底端，氙灯调节机构11与氙灯光源13连接，反光镜12与氙灯光源13连接，积分器14安装于光路通道中，太阳光模拟器反射镜15安装在机械台体17的上端，准直镜16安装在机械台体17的上端并处于光路通道中，电源18安装在机械台体17的旁边；丝杠22和导轨23安装在机械框架21的上端，电机24安装在机械框架21上面，电机24与丝杠22相连接；电机带动平台反射镜4旋转，测控终端6控制整个系统，完成一维平动系统2与一维转动系统3的联动，从而实现模拟太阳光的不同角度出射；同时，一维平动系统2和一维转动系统3将位置信息反馈给测控终端6，当运动到目标位置后停止运行。

太阳光模拟器系统1采用高准直型太阳模拟器，通过减小聚光镜焦距、提高其能量利用率，将光学系统能量在积分器处高度集中，从而减小经准直镜发出的光线的发散性，达到高准直的目的。聚光镜面型采用椭球面，用于将光源发出的光线汇聚在积分器通光孔径内，起到汇聚光线的作用，通过减小椭球镜第一焦点的焦距，加大椭球镜深度，可有效提高能量收集效率；此外，通过提高表面光学加工的粗糙度要求，增加表面反射率，进一步提高能量利用效率。

一维平动系统2采用了温度补偿措施，通过插值法消除温度的影响，从而可以实现高精度运动控制；一维转动系统3中心轴上安装反射镜4，为了避免转动时因反射镜4回转轴与电机轴不同心而造成转动附带平动，反射镜4与转轴中心重合。

通过电机带动反射镜4旋转，通过测控终端6控制整个系统，完成一维平动系统2与一维转动系统3的联动，从而实现模拟太阳光的不同角度出射；通过数据接口与上位机连接进行远程控制，其过程为测控终端6发送平动和转动命令给一维转动系统和一维平动系统，控制电机进行相应的运动，同时，一维平动系统2和一维转动系统3将位置信息反馈给测控终端6，当运动到目标位置后停止运行。

实施例2

结合图2，为了保证系统安全运转，我们在一维转动和一维平动系统上均安装电气限位和机械限位。为实现小准直角设计，本发明中积分器的尺寸严格限制，而考虑到其积分效果，尽可能提高通道数。本发明准直镜采用透射方式，相比于反射式准直镜，具有透过率高、经济性好的特点，适合于中小型太阳模拟器使用。

实施例3

关于一维平动系统的温度影响及补偿如下：

一维平动系统的结构件可以采用结构钢和铸铁材料，其中碳钢的线膨胀系数范围为10.6～12.2×10^-6/℃，铸铁的线膨胀系数范围为8.7～11.1×10^-6/℃。同时，考虑实验室不同季节室内温差的变动范围为30℃，则由此造成的平动系统有效行程的变化量可以计算得知。如果变化范围不能满足设计精度，必须采取必要补偿措施。为解决这一问题，我们通过取几组典型的室温，在该室温下，通过标定系统进行位置标定，通过软件实现位置补偿。在使用时通过温度传感器将温度值读取，通过插补的方法进行温度位置补偿。通过这项措施可以使温度对系统几乎没有影响。

实施例4

结合图3，关于一维平动系统的机械结构为：机械框架为一维平动和一维转动基础支承部件，机械框架为减轻重量采用桁架式方管焊接结构，这种结构具有比较好的综合优点，重量轻，而且从制造方面环保性能好，因此西方国家和我国大型机床等制造行业目前广泛采用这种结构作为机床大型构件的优选方案。机械框架由六根方管焊接而成。

为了保证安全运行，机械框架上面导轨两端设计有机械限位装置，在机械限位装置前装有电气限位开关，一维平动台体撞块碰到电气限位后使电机进入能耗制动状态，最后是机械限位。机械限位由支撑体和缓冲体构成，缓冲体可吸收一维平动台体运动部分的动能。

实施例5

关于一维转动机械系统，一维转动采用直流力矩电机直接驱动，没有传动机构，减少由于传动机构引进的误差。为降低电机对被试产品的电磁干扰，在电机靠近工作台面一侧安装有隔磁材料片。

一维转动系统中心轴上安装反射镜，通过电机带动反射镜旋转，从而实现模拟太阳光的不同角度出射。为了避免转动时因反射镜回转轴与电机轴不同心而造成转动附带平动，设计时平面镜与转轴中心重合，从而保证其回转轴与电机轴同轴。这里需说明的是我们采用的是反射镜的转动和平动，而不是直接带动整个太阳光模拟器进行平动和转动。

实施例6

结合图4，关于一维转动与一维平动的联动，因太阳光模拟器发射出的太阳光经过一维转动处的反射镜反射到被测敏感器上。被测敏感器的位置固定不变，但需要通过二维转台改变自身的姿态位置来跟踪太阳光的方向。为此太阳光经反射镜反射后其在敏感器的位置不变，但入射角度改变，入射角为-65°～65°。可知一维平动和一维转动存在一个固定的函数关系。设一维平动位置为H，被测敏感器距离一维转动转轴中心的高度为L₁入射角为A，角θ为电机转动位置。

根据以上可得到他们的函数关系式为：

根据函数关系可得出入射角度A与一维平动系统位移和一维转动系统角度关系，还可得到一维平动与一维转动的关系。根据他们的函数关系，我们可以很方便的得到他们的控制关系。

Claims (3)

1.一种飞行器对日关系地面仿真模拟装置，包括太阳光模拟器系统(1)、一维平动系统(2)、一维转动系统(3)、平台反射镜(4)、电控系统(5)和测控终端(6)，太阳光模拟器系统(1)安装在一维平动系统(2)旁边的地基上，电控系统(5)和测控终端(6)安装在一维平动系统(2)旁边的地基上；其特征在于，所述一维转动系统(3)中心轴上安装平台反射镜(4)，

所述一维平动系统(2)包括机械框架(21)、丝杠(22)、导轨(23)和电机(24)；一维转动系统(3)安装在一维平动系统(2)上，

所述太阳光模拟器系统(1)包括氙灯调节机构(11)、反光镜(12)、氙灯光源(13)、积分器(14)、太阳光模拟器反射镜(15)、准直镜(16)、机械台体(17)和电源(18)；氙灯调节机构(11)、反光镜(12)和氙灯光源(13)都安装在机械台体(17)的底端，氙灯调节机构(11)与氙灯光源(13)连接，反光镜(12)与氙灯光源(13)连接，积分器(14)安装于光路通道中，太阳光模拟器反射镜(15)安装在机械台体(17)的上端，准直镜(16)安装在机械台体(17)的上端并处于光路通道中，电源(18)安装在机械台体(17)的旁边；丝杠(22)和导轨(23)安装在机械框架(21)的上端，电机(24)安装在机械框架(21)上面，电机(24)与丝杠(22)相连接；电机带动平台反射镜(4)旋转，测控终端(6)控制整个系统，完成一维平动系统(2)与一维转动系统(3)的联动，从而实现模拟太阳光的不同角度出射；同时，一维平动系统(2)和一维转动系统(3)将位置信息反馈给测控终端(6)，当运动到目标位置后停止运行。

2.根据权利要求1所述的一种飞行器对日关系地面仿真模拟装置，其特征在于，所述的太阳光模拟器系统(1)采用高准直型太阳模拟器，其聚光镜面型采用椭球面。

3.根据权利要求1所述的一种飞行器对日关系地面仿真模拟装置，其特征在于，所述的一维平动系统(2)采用了温度补偿措施，采用插值法消除温度的影响。