CN107246862B - 一种重质星载可展开天线地面试验重力平衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明利用经纬仪测量出重质星载可展开天线地面试验时在重力卸载前后的姿态变化量，通过反向预置该变化，获取天线在安装基体有刚度条件下的初始位姿，在此基础上进行重力卸载，达到平衡重力的目的，消除了天线安装基体刚度对天线重力平衡的影响，从而较好的模拟了在轨展开的失重环境条件，保证了天线的展开性能。本发明提出一种重质星载可展开天线的地面试验重力平衡方法，属于空间技术领域，为了解决重质星载可展开天线在地面试验时受安装基体的刚度影响，重力卸载不能有效模拟在轨失重的环境条件，最终影响天线展开性能的问题。

Description

一种重质星载可展开天线地面试验重力平衡方法

技术领域

本发明涉及空间技术领域，具体涉及一种应用于卫星的重质星载可展开天线地面试验的重力平衡方法。

背景技术

受运载火箭的空间尺寸限制，应用于卫星的大型重载天线一般采用在发射期间收拢折叠在卫星平台，入轨后在轨展开的方式。为确保天线在轨展开的可靠性，必须在地面上对天线进行展开试验。但卫星在轨为零重力状态，而地面为有重力环境。因此，重力卸载技术是航天器产品地面试验必须克服的一个难题。

目前，国内外最常用的重力卸载技术有两种，一种是悬吊式，一种是气浮式。

悬吊式重力卸载技术方面，上海卫星工程研究所蒋国伟等人在2013年公开的《准零刚度非线性悬吊系统设计方法》(CN201310153510.8)中，利用叠簧组和线性弹簧组成准零刚度系统设计了一种悬吊系统，浙江工业大学孙建辉等人于2014年公开的《二维恒力跟随吊挂装置》(CN201320648123.7)和《一种三维跟随恒力吊挂装置》(CN201320647156.X)中利用气缸输出恒定的吊挂力，获得了一种恒力吊挂装置。

气浮式重力卸载装置多采用线性弹簧对试验件进行卸载。气浮式技术具有精度高、承载能力大等优点，且易实现二维的平面运动，在地面试验中得到了广泛应用。具体可见哈尔滨工业大学齐乃明等在2011年发表的《空间微重力环境地面模拟试验方法综述》中提出的一种气浮式零重力装置。

目前，无论是悬吊式重力卸载技术还是气浮式重力卸载技术，都是只针对负载重量进行的卸载，没有考虑负载与负载安装基体连接后，负载安装基体刚度对负载重力平衡的影响。因此，这种重力卸载方法一般只适用于负载安装基体刚度很高，或者相对安装基体负载的尺寸较小或重量较轻的载荷，此时负载安装基体的刚度对展开的影响可以忽略。但是，对于重质星载可展开天线，天线结构尺寸较大，质量较重，天线的质量是整星的主要重量，同时作为天线安装基体的星体或星体模拟器其刚度有限，天线安装基体的刚度对天线展开的影响不容忽视，在天线重力卸载过程中，天线安装基体的姿态也会随之发生变化，从而对卸载效果产生了影响，最终影响到天线的展开性能。

目前没有发现用于空间技术领域同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的不足，提出一种可在重质星载可展开天线地面展开试验过程中消除天线安装基体刚度对天线展开影响的重质星载可展开天线地面试验重力平衡方法。

1.本发明的目的是通过下述技术方案实现的。一种重质星载可展开天线地面试验重力平衡方法，首先测量出地面试验时受天线安装基体刚度影响天线在重力卸载前后的姿态变化量，通过反向预置该变化，获取天线在安装基体有刚度条件下的初始位姿，在此基础上进行重力卸载，达到平衡重力的目的，可以进行后续的天线的展开试验。

具体的，包括以下步骤：

步骤一，可展开天线固定安装在天线安装基体上，处于收拢压紧状态；在天线上设置并安装天线姿态测量基准，利用精度测量装置通过天线姿态测量基准获取天线的姿态(一般用垂直度和水平度表征)；在天线安装基体上固定连接姿态调整设备，通过姿态调整设备实现对天线姿态的调整；

步骤二，测量天线姿态，根据测量结果调整天线姿态，使天线的姿态满足初始要求，得到天线的初始姿态参数，获得重力卸载前的天线垂直度A0和水平度B0；

步骤三，安装气浮装置，按照负载天线的重量设置气浮力，进行重力卸载，如果天线安装基体两侧都安装有天线,则两侧需要同时安装气浮装置进行重力卸载；

步骤四，测量重力卸载后的天线姿态参数，获得重力卸载后的天线垂直度A1和水平度B1；

步骤五，根据步骤二和步骤四获得的天线姿态参数实测值，进行天线姿态预置量计算，垂直方向预置后应为(2A0-A1)，水平方向预置后应为(2B0-B1)；

步骤六，拆除重力卸载装置，操作姿态调整设备，根据步骤五计算得到的天线姿态预置量进行天线姿态调节，使天线姿态满足以下要求：垂直方向为(2A0-A1)，水平方向为(2B0-B1)；

步骤七，按照步骤三再次安装气浮装置，根据负载天线的重量设置气浮力，进行重力卸载；

步骤八，再次测量天线姿态预置重力卸载后的姿态参数，并记录。

通过姿态预置的方法，天线的垂直度和水平度能满足正常展开时的姿态要求，在考虑天线安装基体刚度的情况下天线重力已经得到较好的平衡，可以进行后续的天线的展开试验。

本发明的工作原理：本发明首先测量出地面试验时受天线安装基体刚度影响天线在重力卸载前后的姿态变化量，通过反向预置该变化，获取天线在安装基体有刚度条件下的初始位姿，在此基础上进行重力卸载，达到平衡重力的目的。

具体而言，本发明首先利用测量设备测量出天线在重力卸载前后的姿态(重力卸载前垂直度A0、水平度B0,重力卸载后垂直度A1、水平度B1)，获取天线及其安装基体在重力卸载前后的姿态变化量：垂直度变化量(A1-A0)，水平度变化量(B1-B0)，通过反向预置该变化，获取预置后的天线初始姿角(即预置后的垂直度初始值为A0-(A1-A0)＝2A0-A1，预置后的水平度初始值为B0-(B1-A0)＝2B0-B1)，然后在此基础上根据天线重力情况进行卸载，从而消除了天线安装基体刚度对天线重力平衡的影响，使得在天线安装基体有刚度特性的条件下，天线的重力仍能得到较好的平衡，较好的模拟了在轨展开工况，从而保证了天线的在轨展开性能。该方法计算简单，操作便捷有效，较好地解决了地面试验时天线安装基体刚度对天线展开的影响问题。

有益效果：

本发明由于采取上述的方法，与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

1.本发明提供的一种重质星载可展开天线地面试验重力平衡方法，解决了重型天线在地面试验时重力平衡效果受天线安装基体刚度影响，最终影响天线展开性能的问题。

2.本发明提供的一种重质星载可展开天线地面试验重力平衡方法，使天线安装基体刚度对天线重力平衡的影响得到消除，保证了天线的正常模拟在轨失重展开过程。

3.这种方法计算简单，操作便捷，在重载天线的集成装配、展开试验、展开性能测试等研制的过程中都可以有效的使用，具有极佳的工程可实施性。

4.本发明采用的实测并预置姿态角的方法，是建立在天线安装基体的最终实际刚度的基础上，避免了因设计生产制造环节差异对安装基体刚度的影响而导致对天线重力平衡效果的影响。

本发明可用于重质星载可展开天线的重力平衡，也可用于对空间展开精度要求高的负载的重力卸载等领域。

附图说明

图1为本发明的重质星载可展开天线地面重力平衡系统组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图采用简化的形式且使用非精准的比例，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本发明重质星载可展开天线地面试验重力平衡系统包括：天线1、天线安装基体2、气浮装置3、精度测量装置4，姿态调整装置5、测量基准6。

所述的天线1为卫星主载荷天线，重量达300kg；所述的天线安装基体2为卫星星体，所述的天线1与天线安装基体2通过铰链及压紧机构连接；

所述的气浮装置3与天线1通过螺纹固定连接；

所述的姿态调整装置5与天线安装基体2通过螺纹固定连接；

所述的测量基准6，为立方体棱镜，与天线1通过胶固定连接；

所述的天线姿态测量装置4，为两台经纬仪组成的测量系统，测角精度可以达到优于10″，两台经纬仪分别摆放在天线的正前方和侧向，两台经纬仪相互成正交布置，分别用于对天线的垂直度、水平度进行测量；

步骤一，可展开天线固定安装在卫星星体上，处于收拢压紧状态；在天线顶部安装了棱镜，作为天线姿态测量基准，通过两台正交布置的经纬仪测量棱镜获取天线的姿态；在星体上固定连接两轴转台，通过调整两轴转台，实现对天线姿态的调整；

步骤二，要求天线的初始姿态满足90°±0.008°，测量天线姿态，经过转台调整，得到天线的初始姿态为：垂直度90.003°、水平度90.002°，以此作为重力卸载前的天线初始姿态；

步骤三，安装气浮装置，按照负载天线的重量设置气浮力为300kg，进行重力卸载；

步骤四，测量重力卸载后的天线姿态参数，获得重力卸载后的天线垂直度为90.312°和水平度90.102°；

步骤五，根据步骤二和步骤四获得的天线姿态参数实测值，进行天线姿态预置量计算，垂直方向预置后应为89.694°，水平方向预置后应为89.902°；

步骤六，拆除气浮，操作转台，使天线姿态满足以下要求：垂直方向为89.694°±0.008°，水平方向为89.902°±0.008°，实测天线姿态预置后：垂直方向为89.692°，水平方向为89.905°；

步骤七，按照步骤三再次安装气浮装置，根据负载天线的重量设置气浮力为300kg，进行重力卸载；

步骤八，再次测量天线姿态预置重力卸载后的姿态参数，实测天线重力平衡后天线姿态为：垂直方向为90.005°，水平方向为90.003°。

通过姿态预置的方法，天线的垂直度和水平度能满足正常展开时的90°±0.008°姿态要求，在考虑天线安装基体刚度的情况下天线重力已经得到较好的平衡，可以进行后续的天线的展开试验。

上述实施例中所用的仪器和部件均通过公知的途径获得，测量装置中的设备和部件的安装方法和连接方法是本技术领域的技术人员所熟知的。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种重质星载可展开天线地面试验重力平衡方法，其特征在于，首先测量出地面试验时受天线安装基体刚度影响天线在重力卸载前后的水平姿态和垂直姿态的变化量，通过反向预置该变化，获取天线在安装基体有刚度条件下的初始位姿，在此基础上进行重力卸载，达到平衡重力的目的，可以进行后续的天线的展开试验；

具体包括以下步骤：步骤一，可展开天线固定安装在天线安装基体上，处于收拢压紧状态；在天线上设置并安装天线姿态测量基准，利用精度测量装置通过天线姿态测量基准获取天线的姿态；在天线安装基体上固定连接姿态调整设备，通过姿态调整设备实现对天线姿态的调整；

步骤二，测量天线姿态，根据测量结果调整天线姿态，使天线的姿态满足初始要求，得到天线的初始姿态参数，获得重力卸载前的天线垂直度A0 和水平度B0；

步骤三，安装气浮装置，按照负载天线的重量设置气浮力，进行重力卸载，如果天线安装基体两侧都安装有天线,则两侧需要同时安装气浮装置进行重力卸载；

步骤四，测量重力卸载后的天线姿态参数，获得重力卸载后的天线垂直度A1 和水平度B1；

步骤五，根据步骤二和步骤四获得的天线姿态参数实测值，进行天线姿态预置量计算，垂直方向预置后应为2A0-A1，水平方向预置后应为2B0-B1；

步骤六，拆除重力卸载装置，操作姿态调整设备，根据步骤五计算得到的天线姿态预置量进行天线姿态调节，使天线姿态满足以下要求：垂直方向为2A0-A1，水平方向为2B0-B1；

步骤七，按照步骤三再次安装气浮装置，根据负载天线的重量设置气浮力，进行重力卸载；

步骤八，再次测量天线姿态预置重力卸载后的姿态参数，并记录；

通过姿态预置的方法，天线的垂直度和水平度能满足正常展开时的姿态要求，在考虑天线安装基体刚

度的情况下天线重力已经得到较好的平衡，可以进行后续的天线的展开试验。

2.根据权利要求1 所述的重质星载可展开天线地面试验重力平衡方法，其特征在于，步骤一中所述的精度测量装置采用两台经纬仪，正交布置在天线侧面和前方，利用电子经纬仪系统的测角精度，实现天线姿态测量。

3.根据权利要求1 所述的重质星载可展开天线地面试验重力平衡方法，其特征在于，步骤一中所述的天线姿态测量基准采用立方棱镜，进行姿态的水平度和垂直度测量。

4.根据权利要求1所述的重质星载可展开天线地面试验重力平衡方法，其特征在于，步骤一中所述的天线安装基体是卫星星体或者模拟星体的地面模拟器。

5.根据权利要求1所述的重质星载可展开天线地面试验重力平衡方法，其特征在于，步骤一中所述的姿态调整设备是可以进行俯仰角和方位角调整的转台。

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