CN106153365B - 空间旋转绳网缩比验证样机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空间旋转绳网缩比验证样机，包括支撑组件以及实验装置，所述实验装置包括绳网固定组件、驱动组件以及绳网释放组件，所述支撑组件上设置有绳网固定组件以及用于驱动绳网固定组件旋转的驱动组件，绳网展开固定在绳网固定组件上，所述绳网固定组件上设置有绳网释放组件，所述驱动组件驱动绳网固定组件旋转进而使得绳网固定组件上的绳网同步旋转，绳网释放组件实现绳网的释放。本发明可以得到绳网在旋转开始以及旋转稳定过程中网的构型，在绳网释放后，可以得到绳网在空中运动过程中的网的构型，为验证旋转绳网动力学模型及控制策略提供支持。

Description

空间旋转绳网缩比验证样机

技术领域

本发明属于空间目标捕获技术领域，具体涉及一种旋转飞网的缩比验证样机。

背景技术

目前，空间碎片主动清除已成为航天领域的研究热点，人们提出了一系列创新性的概念、设想和方法，其中，绳网捕获技术是国际上研究比较热门的一种空间技术，主要是利用绳网展开机构向捕获目标方向发射一张由细绳编制成的大网，在包裹住目标航天器后，将目标航天器收回或者控制。利用绳网具有较大拦截面积，利于覆盖抓捕目标的特点，绳网捕获技术成为具有一定容错能力的抓捕系统，提高了空间目标抓捕的安全性和可靠性。

空间绳网最常见的展开方式是空间无旋展开和旋转展开。空间绳网无旋展开基本原理是利用发射机构为连接于绳网顶点的质量块提供初始动量，通过质量块牵引绳网展开。它具有原理简单，但是网形保持时间较短，仅适合于对空间目标的快速捕获。空间旋转绳网展开的基本原理是通过旋转获取离心力，在离心力作用下稳定有序地展开绳网。旋转展开方式机产生的离心力提高了柔性系统的面内刚度，使得绳网构型容易保持，适合于长时间的在轨任务，抓捕距离较大。

然而空间旋转绳网结构复杂，动力学特性相比于无旋绳网有较大差异，需要深入研究其旋转展开特性、稳定后的抗干扰性以及在轨飞行特性等。因此设计一种用于研究旋转飞网的各项性能的空间旋转绳网缩比验证样机是本领域所需求的。

发明内容

为了验证旋转绳网动力学模型及控制策略，研究旋转飞网的各项性能，本发明提供一种空间旋转绳网缩比验证样机，用于探究旋转飞网的单机性能。

本发明的技术方案是：

一种空间旋转绳网缩比验证样机，包括支撑组件以及实验装置，所述实验装置包括绳网固定组件、驱动组件以及绳网释放组件，所述支撑组件上设置有绳网固定组件以及用于驱动绳网固定组件旋转的驱动组件，绳网展开固定在绳网固定组件上，所述绳网固定组件上设置有绳网释放组件，所述驱动组件驱动绳网固定组件旋转进而使得绳网固定组件上的绳网同步旋转，绳网释放组件实现绳网的释放。

进一步地，本发明中所述绳网可以为多边形、椭圆形或者圆形绳网以及其他形状的绳网。为了便于将绳网展开固定在绳网固定组件上，本发明设置多个质量块，多个质量块均衡分布在绳网的外围，质量块与绳网之间通过连接绳连接。质量块的数量以及分布情况根据绳网的形状、大小而定，绳网通过连接绳以及质量块展开固定在绳网固定组件上，要求网面全面展开并且整个网面得到均衡的支撑。

进一步地，本发明中的所述支撑组件包括支撑架，所述支撑架上设置有用于支撑实验装置的支撑梁。所述支撑梁由支撑架支撑在一定高度上且支撑梁向外延伸，实验装置固定在支撑梁的外端。

进一步地，本发明中的所述驱动组件包括电机、连接板以及传动轴，所述电机通过电机支撑板与支撑梁连接，所述电机的输出连接传动轴，传动轴与连接板连接，所述连接板固定连接绳网固定组件，电机通过传动轴和连接板驱动整个绳网固定组件同步旋转，从而使得固定在绳网固定组件上的绳网同步旋转。

进一步地，本发明所述电机支撑板上开设有多组安装孔。其中：至少有一组安装孔用于将电机固定在电机支撑板上，至少有一组安装孔用于将电机支撑板固定在支撑梁上。

进一步地，本发明所述绳网固定组件包括与连接板固定连接的多根向外延伸的支臂，所述支臂的数量与绳网上质量块的数量相同，多根支臂的分布形状与绳网以及绳网上的质量块的分布形状相适应，靠近各支臂末端的支臂上设置有用于固定绳网的网吊件，靠近各支臂末端的各支臂一侧均设置有一绳网释放组件，网吊件与绳网释放组件配合实现绳网的固定或释放。

进一步地，本发明所述绳网释放组件包括无线控制器、舵机、滑轮、牵引绳和插销，所述无线控制器用于控制舵机，舵机的输出轴连接牵引绳，牵引绳经滑轮与插销连接，所述网吊件上开设有供插销插入的插孔，连接在绳网和质量块间的连接绳挂在插销上进而将绳网固定在网吊件上，无线控制器控制舵机改变姿态，舵机通过牵引绳和滑轮将舵机姿态的改变传递至插销，插销受牵引拨出插孔，连接在绳网和质量块间的连接绳也脱离网吊件，从而实现绳网的释放。

本发明的有益效果是：

本发明的支撑组件用于支撑空间旋转绳网缩比验证样机的其他组成结构，绳网固定组件用于将缩比绳网固定，驱动组件用于驱动绳网以确定速率进行旋转运动，绳网释放组件用于在特定时间将绳网从绳网固定机构释放，在重力作用下自由运动。

本发明通过电机驱动绳网，使得绳网以某一已知速度匀速旋转，某一时刻通过释放机构进行释放，观察绳网的运动。可以得到绳网在旋转开始以及旋转稳定过程中绳网的构型，在绳网释放后，可以得到绳网在空中运动过程中的绳网的构型，为验证旋转绳网动力学模型及控制策略提供支持。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本专利进一步说明。

图1是不带绳网的空间旋转绳网缩比验证样机的结构示意图。

图2是绳网固定组件的结构示意图。

图3是电机驱动组件的结构示意图。

图4是绳网释放组件的结构示意图。

图5是带质量块的缩比四边形绳网。

图中101为支撑梁，102为绳网固定组件，103为驱动组件，104为绳网释放组件，201为支臂，202为网吊件，301为电机，302为连接板，303为传动轴，304为电机支撑板，401为舵机，402为牵引绳，403为滑轮，404为插销。

具体实施方式

参照附图1至5，本实施例提供一种空间旋转绳网缩比验证样机。本实施例中的绳网为带质量块的正四边形缩比绳网，如图5所示。正四边形缩比绳网的四个顶角位置均设置有一个质量块，质量块与绳网之间通过连接绳连接。

本实施例中，不带绳网的空间旋转绳网缩比验证样机如图1所示，包括支撑组件、绳网固定组件、驱动组件以及绳网释放组件四个部分。

参照图1，支撑组件包括支撑架以及设置在支撑架上的支撑梁101，支撑梁101由支撑架支撑在一定高度上且支撑梁101向外延伸，空间旋转绳网缩比验证样机固定在支撑梁的外端。

参照图2，所述绳网固定组件102包括四根支臂201，四根支臂201等长且呈十字交叉分布。本实施例中，其中一组相对设置的两根支臂是一体成型的整体结构，另外两根支臂分体设置，四根支臂在同一平面上。靠近各支臂末端位置的支臂上设置有用于固定绳网的网吊件202，靠近各支臂末端的各支臂一侧均设置有一绳网释放组件104，网吊件202与绳网释放组件104配合实现绳网的固定或释放。

参照图3，所述驱动组件104包括电机301、连接板302以及传动轴303，所述电机301通过电机支撑板304与支撑梁101连接。电机支撑板304上开设有多组安装孔。至少有一组安装孔用于将电机固定在电机支撑板上，至少有一组安装孔用于将电机支撑板固定在支撑梁上。

电机301的输出连接传动轴303，传动轴303与连接板302连接，所述连接板302固定连接绳网固定组件102。绳网固定组件102中的各支臂靠近其相互交叉的一端开设有多个安装孔，连接板302的相应位置开设有安装孔，连接板302与各支臂之间同过螺栓紧固。本发明连接板与各支臂之间的连接方式不限于螺接，焊接、铆接等形式均可。电机301通过传动轴303和连接板302驱动整个绳网固定组件同步旋转，从而使得固定在绳网固定组件上的绳网同步旋转。

参照图4，所述绳网释放组件包括无线控制器、舵机401、滑轮403、牵引绳402和插销404，所述无线控制器用于控制舵机，舵机401的输出轴连接牵引绳402，牵引绳402经滑轮403与插销404连接。所述网吊件202上开设有供插销404插入的插孔，连接在绳网和质量块间的连接绳挂在插销404上进而将绳网固定在网吊件202上。无线控制器无线控制舵机，实时改变舵机的运行姿态，舵机通过牵引绳和滑轮将舵机姿态的改变传递至插销，插销受牵引从插孔中拨出，连接在绳网和质量块间的连接绳也脱离网吊件，从而实现绳网的释放。

按照示意图以及上述说明组装空间旋转绳网缩比验证样机，运用插销，将正四边形缩比绳网的质量块悬挂于插销上，插销插入网吊件上的插孔将正四边形缩比绳网展开固定。接通电机电源，以某一特定功率控制绳网以特定速度进行匀速旋转运动，可以观察到绳网在旋转开始以及旋转稳定过程中绳网的构型。待绳网旋转稳定后，利用无线控制器发出释放命令，舵机接收指令改变形态，绳网释放组件动作，插销拔出，释放绳网，观察绳网在空中运动过程中的绳网的构型，为验证旋转绳网动力学模型及控制策略提供支持。

Claims (6)

1.一种空间旋转绳网缩比验证样机，其特征在于，包括支撑组件以及实验装置，所述实验装置包括绳网固定组件、驱动组件以及绳网释放组件，所述支撑组件上设置有绳网固定组件以及用于驱动绳网固定组件旋转的驱动组件，所述支撑组件包括支撑架，所述支撑架上设置有用于支撑实验装置的支撑梁；所述驱动组件包括电机、连接板以及传动轴，所述电机通过电机支撑板与支撑梁连接，所述电机的输出连接传动轴，传动轴与连接板连接，所述连接板固定连接绳网固定组件，电机通过传动轴和连接板驱动整个绳网固定组件同步旋转，从而使得固定在绳网固定组件上的绳网同步旋转；绳网展开固定在绳网固定组件上，所述绳网固定组件上设置有绳网释放组件，所述绳网固定组件包括与连接板固定连接的多根向外延伸的支臂，所述支臂的数量与绳网上质量块的数量相同，多根支臂的分布形状与绳网以及绳网上的质量块的分布形状相适应，靠近各支臂末端的支臂下方设置有用于固定绳网的网吊件，靠近各支臂末端的各支臂的左侧或者右侧均设置有一绳网释放组件，网吊件与绳网释放组件配合实现绳网的固定或释放，所述绳网释放组件包括无线控制器、舵机、滑轮、牵引绳和插销，所述无线控制器用于控制舵机，舵机的输出轴连接牵引绳，牵引绳经滑轮与插销连接，所述网吊件上开设有供插销插入的插孔，连接在绳网和质量块间的连接绳挂在插销上进而将绳网固定在网吊件上，无线控制器控制舵机改变姿态，舵机通过牵引绳和滑轮将舵机姿态的改变传递至插销，插销受牵引拨出插孔，连接在绳网和质量块间的连接绳也脱离网吊件，从而实现绳网的释放；

接通电机电源，以某一特定功率控制绳网以特定速度进行匀速旋转运动，可以观察到绳网在旋转开始以及旋转稳定过程中绳网的构型；待绳网旋转稳定后，利用无线控制器发出释放命令，舵机接收指令改变形态，绳网释放组件动作，插销拔出，释放绳网，观察绳网在空中运动过程中的绳网的构型，为验证旋转绳网动力学模型及控制策略提供支持。

2.根据权利要求1所述的空间旋转绳网缩比验证样机，其特征在于，所述绳网为多边形、椭圆形或者圆形绳网。

3.根据权利要求1或2所述的空间旋转绳网缩比验证样机，其特征在于，多个质量块均衡分布在绳网的外围，质量块与绳网之间通过连接绳连接。

4.根据权利要求1所述的空间旋转绳网缩比验证样机，其特征在于，所述电机支撑板上开设有多组安装孔。

5.根据权利要求4所述的空间旋转绳网缩比验证样机，其特征在于，至少有一组安装孔用于将电机固定在电机支撑板上，至少有一组安装孔用于将电机支撑板固定在支撑梁上。

6.根据权利要求1所述的空间旋转绳网缩比验证样机，其特征在于，所述绳网为四边形，所述绳网的四个顶角位置均设置有一个质量块，所述绳网固定组件包括四根支臂，四根支臂呈十字交叉分布。