CN106134442B - 卫星质量特性直角测量装置及其安装调试和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星质量特性直角测量装置，包括：Y方向导轨与X方向导轨通过直角支架连接；Y方向导轨上安装有Y轴方向移动圆盘；X方向导轨上安装有X轴方向移动圆盘；X轴方向移动圆盘上安装有卫星垂直连接工装，卫星垂直连接工装的中心轴与X轴方向移动圆盘上的中心定位轴重合；卫星垂直连接工装的上平面安装被测试卫星，下平面与X轴方向移动圆盘相连接，通过中心定位轴调节并固定卫星质心位置。本发明的另一方面，还公开了这种装置的安装调试方法，以及测量的方法。本发明具有调节简单和操作轻便特点，取得了精度由0.5％提高到0.15％，测量时间由2.5天缩短到0.5天的有益效果。

Description

卫星质量特性直角测量装置及其安装调试和测量方法

技术领域

本发明涉及卫星质量特性测量装置，更具体地说，涉及一种可调质心位置的卫星质量特性直角测量装置；本发明还涉及该装置安装调试的方法；该装置测量的方法。

背景技术

卫星质量特性是通过对卫星各个舱段及卫星整星的质量特性，如对卫星质量、质心位置、转动惯量和惯性积的测试，获得准确的舱段与整星的质量特性数据，从而提高卫星整星质量特性数据的精度，为运载火箭和卫星姿态控制系统提供精确的输入数据。

目前，国内外测量卫星质量特性的试验装置主要采用卫星质量特性L型梁测试工装和其他工装组合进行测试的，有框式工装、垂直工装和其他辅助工装等。通常，绕X轴和绕Y轴转动的转动惯量的测量，采用框式工装加上L型梁测试工装来实现。

上述L型梁测试工装的底部与一个过渡圆盘相连接，卫星安装在L型梁工装上。测量卫星质量特性时，需移动过渡圆盘使过渡圆盘的中心与卫星的理论质心相重合，然后在质心测试台上将工装配平，使工装的质心与过渡圆盘的中心相重合，再将卫星与L型梁测试工装对接，在质心测试台上测出L型梁测试工装与卫星组合体质心的位置，即为卫星实际的质心位置。

上述采用L型梁测试工装测量卫星质量特性，调节质心位置需移动过渡圆盘，通常先将L型梁测试工装或L型梁测试工装与卫星组合体，从质心测试台起吊至地面，采用手工将过渡圆盘移至指定位置，过渡圆盘移动到位后，再将L型梁测试工装或L型梁测试工装与卫星组合体起吊到质心测试台上，操作过程费时又费力，尤其是质心位置的调节不易操作，多次起吊还会给卫星带来不安全性，严重时卫星将遭受损坏。

上述采用L型梁测试工装和框式工装组合测量卫星的质量特性，框式工装由两块很大的不锈钢板加上四根大梁组成一个门框形的结构，在四根大梁上还有两个与卫星相连接的工装，框式工装质心位置是不能调节的，在框式工装上安装卫星很不方便，测量卫星质量特性时通常要用1～2个框式工装，由于框式工装体积较大，采用不锈钢材料制造，重量也很重。在框式工装上安装卫星要先拆去两根大梁，然后安装卫星，再安装保护支架，重新装上两根大梁，最后将框式工装连同卫星一起吊装到L型梁测试工装上。由于框式工装自身的转动惯量也很大，所以测量得到的卫星转动惯量的误差相对就很大。因此，上述用不锈钢制造的框式工装测量卫星的转动惯量，其测量精度是不高的。

由于上述现有技术利用框式工装测量卫星质量特性存在着不足，特别是对质心位置的调节存在着不足，需对卫星质量特性测试工装进行改进，以满足测量的需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对L型梁测试工装和框式工装组合测量卫星质量特性存在的不足，提供一种可调质心位置的卫星质量特性直角测量装置，利用本发明不但可调质心位置，而且重量轻、安装方便、测试速度快、测量精度高。

为了解决现有技术的不足，本发明目的的另一方面，还提供一种卫星质量特性直角测量装置的安装调试和测量的方法，利用本发明的方法，解决了卫星质量特性直角测量装置的安装调试问题，从而达到快速、方便调整质心位置的目的。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种卫星质量特性直角测量装置，该装置包括：

垂直方向设置的Y方向导轨与水平方向设置的X方向导轨通过直角支架连接；Y轴方向移动圆盘安装在Y方向导轨上，由Y方向导轨引导沿Y方向移动；X轴方向移动圆盘安装在X方向导轨上，由X方向导轨引导沿X方向移动；X轴方向移动圆盘上安装有卫星垂直连接工装，卫星垂直连接工装的中心轴与X轴方向移动圆盘上设置的中心定位轴重合；直角支架[2]Y轴方向的顶部具有一个配重块；卫星垂直连接工装的上平面安装被测试卫星，下平面与X轴方向移动圆盘相连接，通过中心定位轴调节并固定卫星质心位置。

上述Y轴方向移动圆盘、直角支架、X轴方向移动圆盘和卫星垂直连接工装四个部件采用铸造铝合金制造。

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质量特性直角测量装置的安装调试方法，该方法包括如下：步骤

步骤1-1，在直角支架的X轴方向移动圆盘上安装两根X方向导轨；在直角支架[2]的Y轴方向移动圆盘上安装两根Y方向导轨，分别用螺钉与直角支架相固定连接；

步骤1-2，分别测量直角支架上两根X方向导轨和两根Y方向导轨的平行度，精度分别控制在0.01mm；同时测量X方向导轨与Y方向导轨的同轴线精度，同轴线精度控制在0.015mm；

步骤1-3，测量X方向移动圆盘上的两根导轨的平行度，精度控制在0.01mm；测量垂直连接工装下平面的中心定位孔与两根X方向导轨的对称性，精度控制在0.01mm；

步骤1-4，测量X轴方向移动圆盘上的中心定位孔与卫星垂直连接工装连接孔的同轴度，同轴度的精度达到0.015mm；

步骤1-5，测量Y方向移动圆盘上的两根导轨的平行度，使精度控制在0.01mm；测量两根导轨与L型梁测试工装连接节圆孔的同轴度，精度控制在0.015mm；

步骤1-6，将X轴方向移动圆盘安装在X轴方向导轨上，并用螺钉与直角支架相固定连接；将Y轴方向移动圆盘安装在Y轴方向导轨上，用螺钉与直角支架相固定连接；

步骤1-7，在X轴方向移动圆盘上安装中心定位轴；

步骤1-8，测量卫星垂直连接工装上、下平面的平面度，上、下平面的平行度，以及中心定位孔精度；上、下平面的平面度精度达到0.01mm，上、下平面的平行度精度达到0.015mm，中心定位孔精度达到Φ50.01mm；

步骤1-9，将卫星垂直连接工装安装在X轴方向移动圆盘上，并用中心定位轴定位；

步骤1-10，将被测试卫星吊装到卫星垂直连接工装上，调节Y轴方向移动圆盘[1]和X轴方向移动圆盘到卫星的质心位置。

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质量特性直角测量装置的测量方法，该方法包括如下步骤：

步骤2-1，将卫星质量特性直角测量装置连接到L型梁测试工装上，用螺钉与L型梁测试工装紧固；

步骤2-2，将被测试卫星安装在卫星垂直连接工装上，用螺钉与卫星垂直连接工装的上平面紧固；

步骤2-3，通过L型梁测试工装旋转机构手轮的转动，带动主轴转动，使卫星质量特性直角测量装置绕L型梁测试工装主轴中心轴旋转；

步骤2-4，转动L型梁测试工装的旋转机构，当被测试卫星转动到指定角度时，锁定旋转机构，启动M8转动惯量台，即可测出可调质心位置的卫星质量特性直角测量装置和卫星组合体的转动惯量。

本发明卫星质量特性直角测量装置及其安装调试和测量方法，由于采用铸造铝合金制造的敞开式结构，其重量大大降低，自身转动惯量较小，是框式工装转动惯量的1/4，具有对卫星质心位置调节简单而操作轻便的特点，克服了现有转动惯量测量过程中存在的对卫星多次起吊和不易操作的不足。

本发明已应用到卫星研制中的质量特性测试，由于采用在两个方向可以移动的圆盘结构，可满足多种不同质心位置和不同外形卫星的测量需要。该直角测量装置适用于外形尺寸为1000mm×1000mm×900mm的较小型卫星，X轴方向调节范围450mm±50mm，Y轴方向调节范围480mm±50mm，转动惯量的测量精度由0.5％提高到0.15％，转动惯量的测量时间由2.5天缩短到0.5天。

附图说明

图1是本发明卫星质量特性直角测量装置的结构示意图；

图2是本发明卫星质量特性直角测量装置的Y轴方向移动圆盘的结构示意图；

图3是本发明卫星质量特性直角测量装置的X轴方向移动圆盘的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的第一方面，卫星质量特性直角测量装置的优选实施例进行描述。

图1是本发明卫星质量特性直角测量装置的结构示意图，如图1的实施例所示，该装置包括：

垂直方向设置有Y轴方向移动圆盘1；水平方向设置有X轴方向移动圆盘3；分别通过导轨与直角支架2连接。X轴方向移动圆盘3上安装有卫星垂直连接工装5，卫星垂直连接工装5的中心轴与X轴方向移动圆盘3的中心定位轴4重合。Y轴方向移动圆盘1的顶部具有一个配重块7。卫星垂直连接工装5的上平面安装被测试卫星6，下平面与X轴方向移动圆盘3相连接，通过中心定位轴4调节并固定卫星质心位置。

图2是本发明的卫星质量特性直角测量装置Y轴方向移动圆盘的结构示意图，如图2所示，Y轴方向移动圆盘1安装在Y方向导轨8上，由Y方向导轨8引导，Y轴方向移动圆盘1可沿垂直方向移动。

图3是本发明的卫星质量特性直角测量装置X轴方向移动圆盘结构示意图，如图3所示，X轴方向移动圆盘3安装在X方向导轨9上，由X方向导轨9引导，X轴方向移动圆盘3可沿水平方向移动。

上述Y方向导轨8通过直角支架2与X方向导轨9连接。

如上所述，被测试卫星6安装在卫星垂直连接工装5上，利用Y轴方向移动圆盘在Y轴方向的移动和X轴方向移动圆盘在X轴方向的移动，实现对卫星质心的调节，测量卫星质量特性时，将本发明的卫星质量特性直角测量装置连接到L型梁测试工装上，通过L型梁测试工装主轴的转动，使卫星质量特性直角测量装置绕L型梁测试工装主轴转动，当卫星转动到指定角度时，锁定L型梁测试工装的旋转机构，利用转动惯量测试台可测出可调质心位置的卫星质量特性直角测量装置和卫星组合体的转动惯量，旋转L型梁测试工装到各种不同的角度，还可以测量可调质心位置的卫星质量特性直角测量装置和卫星组合体在各种不同角度的转动惯量，由此测得卫星的转动惯量和惯性积。

本发明实施例中，上述卫星垂直连接工装5的上、下平面的平面度≤0.02mm、平行度≤0.02mm，其上平面安装被测试卫星的节圆孔与下平面中心定位孔的同轴度≤0.02mm。

上述Y轴方向移动圆盘1、直角支架2、X轴方向移动圆盘3和卫星垂直连接工装5四个部件都采用铸造铝合金制造，铸造铝合金重量轻，重量只有不锈钢的1/3；其特点是：切削加工性能好，不易变形，易加工，自身转动惯量下降近70％。

本发明卫星质量特性直角测量装置由于是一种采用铸造铝合金制造的敞开式结构，其重量大大降低，自身转动惯量较小，是框式工装转动惯量的1/4，该装置具有对卫星质心位置调节简单而操作轻便的特点，克服了现有转动惯量测量过程中存在的对卫星多次起吊和不易操作的不足。本发明已应用到卫星研制中的质量特性测试，取得了有益效果。由于采用在两个方向可以移动的圆盘结构，因此，可满足多种不同质心位置和不同外形卫星的测量需要。该直角测量装置适用于外形尺寸为1000mm×1000mm×900mm的较小型卫星，X轴方向调节范围450mm±50mm，Y轴方向调节范围480mm±50mm，转动惯量的测量精度由0.5％提高到0.15％，利用本发明，卫星转动惯量的测量时间由2.5天缩短到0.5天。

下面对本发明的另一方面，卫星质量特性直角测量装置的安装、调试方法进行描述。

本发明卫星质量特性直角测量装置的安装与调试按以下步骤进行：

步骤1-1，在直角支架2的X轴方向移动圆盘3上安装两根X方向导轨；在Y轴方向移动圆盘1上安装两根Y方向导轨，分别用16个M6×18螺钉与直角支架2相固定连接。

步骤1-2，分别测量直角支架2上两根X方向导轨和两根Y方向导轨的平行度，使精度分别控制在0.01mm；同时测量X方向导轨与Y方向导轨的同轴线精度，同轴线精度要求达到0.015mm。

步骤1-3，测量X轴方向移动圆盘3上两根导轨的平行度，精度控制在0.01mm；测量垂直连接工装5下平面的中心定位孔与两根导轨的对称性，使精度控制在0.01mm。

步骤1-4，测量X轴方向移动圆盘3上的中心定位孔与卫星垂直连接工装5连接孔的同轴度，同轴度的精度应保证达到0.015mm。

步骤1-5，测量Y轴方向移动圆盘1上的两根导轨的平行度，使精度控制在0.01mm。测量两根导轨与L型梁测试工装连接节圆孔的同轴度，使精度控制在0.015mm。

步骤1-6，将X轴方向移动圆盘3安装在X轴方向导轨上，并用4个M8×20螺钉与直角支架2相固定连接；将Y轴方向移动圆盘1安装在Y轴方向导轨上，并用4个M8×20螺钉与直角支架2相固定连接。

步骤1-7，在X轴方向移动圆盘3上安装中心定位轴。

步骤1-8，测量卫星垂直连接工装5上、下平面的平面度，上、下平面的平行度，以及中心定位孔精度，上、下平面的平面度精度要求达到0.01mm，上、下平面的平行度精度要求达到0.015mm，中心定位孔精度要求达到Φ50.01mm。

步骤1-9，将卫星垂直连接工装5安装在X轴方向移动圆盘3上，并用中心定位轴4定位。

步骤1-10，将被测试卫星吊装到卫星垂直连接工装5上，调节Y轴方向移动圆盘1和X轴方向移动圆盘3到卫星的质心位置。

下面对本发明的另一方面，卫星质量特性直角测量装置用于测量卫星质量特性的工作过程进行描述，该测量方法包括如下的步骤：

步骤2-1，将可调质心位置的卫星质量特性直角测量装置连接到L型梁测试工装上，用24个M6×25螺钉与L型梁测试工装紧固。

步骤2-2，将被测试卫星6安装在卫星垂直连接工装5上，用12个M6×15螺钉与卫星垂直连接工装5的上平面紧固。

步骤2-3，通过L型梁测试工装旋转机构手轮的转动，带动主轴转动，使可调质心位置的卫星质量特性直角测量装置绕L型梁测试工装主轴中心轴旋转。

步骤2-4，转动L型梁测试工装的旋转机构，当被测试卫星转动到指定角度时，锁定旋转机构，启动M8转动惯量台，即可测出可调质心位置的卫星质量特性直角测量装置和卫星组合体的转动惯量。

步骤2-5，重复转动L型梁测试工装的旋转机构，使被测试卫星转动到不同的指定角度，即可测出各个不同角度的转动惯量。

步骤2-6，拆下被测试卫星将其转动90°，再安装到卫星垂直连接工装5上，测量可调质心位置的卫星质量特性直角测量装置和卫星组合体不同角度的转动惯量。

Claims (3)

1.一种卫星质量特性直角测量装置：其特征在于，该装置包括：

垂直方向设置的Y方向导轨[8]与水平方向设置的X方向导轨[9]通过直角支架[2]连接；Y轴方向移动圆盘[1]安装在Y方向导轨[8]上，由Y方向导轨[8]引导沿Y方向移动；X轴方向移动圆盘[3]安装在X方向导轨[9]上，由X方向导轨[9]引导沿X方向移动；X轴方向移动圆盘[3]上安装有卫星垂直连接工装[5]，卫星垂直连接工装[5]的中心轴与X轴方向移动圆盘[3]上设置的中心定位轴[4]重合；直角支架[2]Y轴方向的顶部具有一个配重块[7]；卫星垂直连接工装[5]的上平面安装被测试卫星[6]，下平面与X轴方向移动圆盘[3]相连接，通过中心定位轴[4]调节并固定卫星质心位置。

2.如权利要求1所述的直角测量装置，其特征在于：所述的Y轴方向移动圆盘[1]、直角支架[2]、X轴方向移动圆盘[3]和卫星垂直连接工装[5]四个部件采用铸造铝合金制造。

3.一种如权利要求1所述的卫星质量特性直角测量装置的测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤2-1，将卫星质量特性直角测量装置连接到L型梁测试工装上，用螺钉与L型梁测试工装紧固；

步骤2-2，将被测试卫星[6]安装在卫星垂直连接工装[5]上，用螺钉与卫星垂直连接工装[5]的上平面紧固；

步骤2-3，通过L型梁测试工装旋转机构手轮的转动，带动主轴转动，使卫星质量特性直角测量装置绕L型梁测试工装主轴中心轴旋转；

步骤2-4，转动L型梁测试工装的旋转机构，当被测试卫星转动到指定角度时，锁定旋转机构，启动M8转动惯量台，即可测出可调质心位置的卫星质量特性直角测量装置和卫星组合体的转动惯量。