CN108583944B - 开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置，在气浮物理仿真平台的平动平台中心设置由导气块、导气孔和大面积浅腔组成的导气单元，在基础平台设置由导气块和导气孔组成的导气单元，在对气浮式物理仿真平台供气过程中，利用导气块上大面积浅腔外侧的多级倒梯形截面窄环带与供气块之间的超薄间隙实现非接触气膜密封；本发明既实现了通过导气块上的大面积浅腔对气浮物理仿真平台提供连续不断的外部气体供气，同时通过多级窄环带结构显著降低了附加承载力的影响，具有实验时间长以及模拟环境干扰力矩小等优点。

Description

开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置

技术领域

本发明涉航天器物理仿真领域，具体是一种开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置。

背景技术

随着航天技术的快速发展，航天器的用途不断增加，对于航天器的快速机动性能、姿轨稳定性能和可靠性能的要求日益提高。为了验证并确保航天器的在轨运动性能，进行模拟失重及微干扰力矩空间环境的地面仿真实验就变得尤为重要。

目前航天器地面仿真平台的结构形式由丝杠导轨接触式、气悬浮非接触式和磁悬浮非接触式等形式。丝杠导轨式仿真平台的摩擦力矩大，难以满足微干扰力矩的环境要求。专利CN101286281A提出一种刚弹液耦合航天器物理仿真实验系统，通过磁悬浮实现多自由度运动，以获得贴近实际的刚弹液耦合多体航天器系统。但是该形式会产生较大的磁场干扰，进而产生不可忽视的磁力矩，且强磁性材料在外太空环境存在消磁风险。因此，气浮物理仿真平台已为航天器全物理仿真测试系统的主流设备。专利CN106494653A、CN105242573A和CN105179478A均采用了气悬浮形式，通过气浮轴承实现平台的悬浮，从而模拟卫星在轨微干扰力矩状态下的动力学特性。专利CN105321398A中提出一种六自由度气浮运动模拟系统，通过一个球面气浮轴承和三个平面气浮轴承，实现平台的六自由度运动，完成航天器空间姿态的旋转和平移运动模拟。在上述专利提到的气悬浮物理仿真平台中，在姿态平台和平动平台上放置气瓶，通过气瓶的串联，结合减压阀和稳定气容对气浮轴承供气。但是通过气瓶的供气方式会再带来实验时长受限、运动平台质量随时间变化等问题，而对于通过外部气管对气浮平台供气方式，又会带来供气气管的牵引作用以及大的干扰力矩。

发明内容

为解决上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置，利用固定供气单元中的供气块与可移动导气单元中导气块上的多级倒梯形截面窄环带之间形成的非接触气膜密封，既实现了通过导气块上的大面积浅腔对气浮物理仿真平台提供连续不断的外部气体供气，同时通过多级窄环带结构显著降低了附加承载力的影响，具有实验时间长以及模拟环境干扰力矩小等优点。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置，包括旋转平台、仪表平台、平动平台、支撑立柱、基础平台、气浮球碗、气浮球轴承和平面止推气浮轴承，仪表平台通过支撑筒固定安装在旋转平台下方，所述气浮球轴承固定安装在所述旋转平台的下底面，所述气浮球碗固定安装在所述支撑立柱的上端，所述气浮球轴承和气浮球碗构成气浮球轴承组件，用于实现旋转平台和仪表平台的Rx、Ry和Rz向旋转；所述支撑立柱中心设置有通气孔以及与通气孔相连的侧向通气管路，所述支撑立柱下端与所述平动平台固定连接，所述平动平台下底面均匀分布有若干平面止推气浮轴承，实现气浮式物理仿真平台的X和Y向平面非接触运动，在平动平台下底面的中心处安装有一由导气块、导气孔和大面积浅腔组成的导气单元，所述导气孔与支撑立柱中心的通气孔连通，借助支撑立柱中心的通气孔沿支撑立柱+z方向对气浮球轴承组件供气，所述侧向通气管路与平面止推气浮轴承相连，用于为平面止推气浮轴承供气；所述基础平台下底面安装有一供气单元，位于导气单元的-z方向对应设置，所述供气单元由供气块和供气孔组成，在导气块的中心设置供气孔，在气浮式物理仿真平台在运动时，供气孔始终位于大面积浅腔内，所述大面积浅腔外侧设置多级窄环带，多级窄环带外侧与供气块精加工面之间设有微米量级间隙，在对气浮物理仿真平台供气过程中，通过导气块的多级窄环带与供气块之间的微米量级间隙进行非接触气膜密封。

优选地，供气单元与导气单元之间设置足够的xy平面运动空间，实现气浮物理仿真平台在平动工作状态下，供气单元与导气单元之间不发生碰撞，供气单元与导气单元对应侧的非浅腔面，采用研磨等精加工方式获得高平面度工作面。

优选地，所述大面积浅腔可设置在供气块上，也可设置在导气块上。

优选地，所述多级窄环带采用多级倒梯形截面结构或多级矩形截面结构。

优选地，所述的平面止推气浮轴承7，可以采用环形平面止推小孔节流气浮轴承，多孔质气浮轴承或者其他平面止推气浮轴承形式，且不限于以上所述的平面止推气浮轴承形式。

优选地，气浮式物理仿真平台中的气浮球组件和平面止推气浮轴承，可通过在支撑立柱和侧向通气管路中分别增设减压阀以不同的供气压力单独供气，也可以对气浮球组件和平面止推气浮轴承以相同的供气压力同时供气。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、通过对物理仿真平台的非接触供气，突破了压缩空气瓶的容量带来的实验时间限制。具体的，本发明通过利用供气块与导气块上多级倒梯形截面窄环带之间的微米量级间隙，对气浮物理仿真平台中气浮球轴承与平面止推气浮轴承的供气进行密封，进而可以通过外部由空气压缩机以及过滤系统提供的压缩空气对物理仿真平台进行供气，使得物理仿真平台的实验测试时长不受传统物理仿真平台中气瓶容量限制。与此同时，相比原有的气浮物理仿真平台，本发明专利中消除了平台上气瓶的放置，减轻了平台的运动质量及台体的转动惯量，并消除了由于气瓶供气造成运动平台质量的变化，大大增强了物理仿真平台的姿轨控制精度，降低了姿轨控制难度；相比于气管连接供气方式的平台结构，通过非接触供气，消除了外部供气气管的连接，给气浮物理仿真平台带来的气管的牵引作用和较大的干扰力矩影响。

2、显著降低了由于附件平面止推气浮轴承带来的影响。本发明中的气浮物理仿真平台采用供气单元和导气单元之间的非接触气膜密封的供气环节，相当于在平动平台的中间附加平面止推气浮轴承，气浮物理仿真平台的重量小于平面止推气浮轴承的承载，造成气浮物理仿真平台的整体上移，导致耗气量的增加。而本发明中导气单元中的多级倒梯形截面窄环带闭式气膜密封，则显著减弱了由于附加平面止推气浮轴承造成的气浮物理仿真平台的上移，而且密封可靠。

附图说明

图1本发明实施例的整体结构示意图。

图2本发明的非接触供气一个具体实施方式的剖视图。

图3本发明中非接触供气另一个具体实施方式的剖视图。

图4本发明中非接触供气另一个具体实施例方式的剖视图。

图中：1—旋转平台；2—支撑筒；3—仪表平台；4—支撑立柱；5—侧向通气管路；6—平动平台；7—平面止推气浮轴承；8—供气单元；8a—供气块；8b—供气孔；8c—大面积浅腔；9—导气单元；9a—导气块；9b—导气孔；10—基础平台；11—气浮球碗；12—气浮球轴承。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1-图2所示，本发明实施例提供了一种开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台中非接触供气装置，开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置，包括旋转平台1、仪表平台3、平动平台6、支撑立柱4、基础平台10、气浮球碗11、气浮球轴承12和平面止推气浮轴承7，仪表平台3通过支撑筒2固定安装在旋转平台1下方，所述气浮球轴承12固定安装在所述旋转平台1的下底面，所述气浮球碗11固定安装在所述支撑立柱4的上端，所述气浮球轴承12和气浮球碗11构成气浮球轴承组件，用于实现旋转平台1和仪表平台3的Rx、Ry和Rz向旋转；所述支撑立柱4中心设置有通气孔以及与通气孔相连的侧向通气管路5，所述支撑立柱4下端与所述平动平台6固定连接，所述平动平台6下底面均匀分布有若干平面止推气浮轴承7，实现气浮式物理仿真平台的X和Y向平面非接触运动，在平动平台6下底面的中心处安装有一由导气块9a、导气孔9b和大面积浅腔9c组成的导气单元9，所述导气孔9b与支撑立柱4中心的通气孔连通，借助支撑立柱4中心的通气孔沿支撑立柱4+z方向对气浮球轴承组件供气，所述侧向通气管路5与平面止推气浮轴承7相连，用于为平面止推气浮轴承7供气；所述基础平台10下底面安装有一供气单元8，位于导气单元9的-z方向对应设置，所述供气单元8由供气块8a和供气孔8b组成，在导气块8a的中心设置供气孔8b，在气浮式物理仿真平台在运动时，供气孔8b始终位于大面积浅腔9c内，所述大面积浅腔9c外侧设置多级窄环带，多级窄环带外侧与供气块8a精加工面之间设有微米量级间隙，在对气浮物理仿真平台供气过程中，通过导气块9a的多级窄环带与供气块8a之间的微米量级间隙进行非接触气膜密封。

供气单元8与导气单元9之间设置足够的xy平面运动空间，实现气浮物理仿真平台在平动工作状态下，供气单元8与导气单元9之间不发生碰撞，固连于平动平台6的供气单元8与导气单元9对应侧的非浅腔面，采用研磨等精加工方式获得高平面度工作面，大面积浅腔9c可设置在供气块8a上，也可设置在导气块9a上，在导气块9a精加工面上大面积浅腔9c外侧的多级窄环带，采用多级倒梯形截面结构。

所述的开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台中非接触供气装置，平面止推气浮轴承7，可以采用环形平面止推小孔节流气浮轴承，多孔质气浮轴承或者其他平面止推气浮轴承形式，且不限于以上所述的平面止推气浮轴承形式。

所述的开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台中非接触供气装置，气浮式物理仿真平台中的气浮球组件和平面止推气浮轴承7，可通过在支撑立柱4和侧向通气管路5中分别增设减压阀以不同的供气压力单独供气，也可以对气浮球组件和平面止推气浮轴承7以相同的供气压力同时供气。

实施例2

如图1-图3所示，本实施例中所述的开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台中非接触供气装置，在导气块9a与供气块8a对应的精加工侧设置多级矩形截面窄环带，并保持多级矩形截面窄环带外侧与供气块8a精加工面微米量级间隙，在对气浮物理仿真平台供气过程中，通过导气块9a的多级矩形截面窄环带与供气块8a之间的间隙进行非接触气膜的多级密封，以获得更佳的密封效果。其他结构与实施例1相同。

实施例3

如图1-图4所示，本实施例中所述的开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台中非接触供气装置，在导气块9a与供气块8a对应的精加工侧设置单级倒梯形截面窄环带，并保持单级倒梯形截面窄环带外侧与供气块8a精加工面微米量级间隙，在对气浮物理仿真平台供气过程中，通过导气块9a的单级倒梯形截面窄环带与供气块8a之间的间隙进行非接触气膜的单级密封，同时借助导气块9a的单级倒梯形截面窄环带在导气孔周围形成大面积腔结构9c，在气浮式物理仿真平台在运动时，供气孔8b始终位于大面积浅腔9c内。其他结构与实施例1相同。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置，包括旋转平台(1)、仪表平台(3)、平动平台(6)、支撑立柱(4)、基础平台(10)、气浮球碗(11)、气浮球轴承(12)和平面止推气浮轴承(7)，其特征在于：仪表平台(3)通过支撑筒(2)固定安装在旋转平台(1)下方，所述气浮球轴承(12)固定安装在所述旋转平台(1)的下底面，所述气浮球碗(11)固定安装在所述支撑立柱(4)的上端，所述气浮球轴承(12)和气浮球碗(11)构成气浮球轴承组件，用于实现旋转平台(1)和仪表平台(3)的Rx、Ry和Rz向旋转；所述支撑立柱(4)中心设置有通气孔以及与通气孔相连的侧向通气管路(5)，所述支撑立柱(4)下端与所述平动平台(6)固定连接，所述平动平台(6)下底面均匀分布有若干平面止推气浮轴承(7)，实现气浮式物理仿真平台的X和Y向平面非接触运动，在平动平台(6)下底面的中心处安装有一由导气块(9a)、导气孔(9b)和大面积浅腔(9c)组成的导气单元(9)，所述导气孔(9b)与支撑立柱(4)中心的通气孔连通，借助支撑立柱(4)中心的通气孔沿支撑立柱(4)+z方向对气浮球轴承组件供气，所述侧向通气管路(5)与平面止推气浮轴承(7)相连，用于为平面止推气浮轴承(7)供气；所述基础平台(10)下底面安装有一供气单元(8)，位于导气单元(9)的-z方向对应设置，所述供气单元(8)由供气块(8a)和供气孔(8b)组成，在导气块(8a)的中心设置供气孔(8b)，在气浮式物理仿真平台在运动时，供气孔(8b)始终位于大面积浅腔(9c)内，所述大面积浅腔(9c)外侧设置多级窄环带，多级窄环带外侧与供气块(8a)精加工面之间设有微米量级间隙，在对气浮物理仿真平台供气过程中，通过导气块(9a)的多级窄环带与供气块(8a)之间的微米量级间隙进行非接触气膜密封。

2.根据权利要求1所述的开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置，其特征在于：供气单元(8)与导气单元(9)之间设置足够的xy平面运动空间，实现气浮物理仿真平台在平动工作状态下，供气单元(8)与导气单元(9)之间不发生碰撞，供气单元(8)与导气单元(9)对应侧的非浅腔面，采用精加工方式获得高平面度工作面。

3.根据权利要求1所述的开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置，其特征在于：所述大面积浅腔(9c)可设置在供气块(8a)上，也可设置在导气块(9a)上。

4.根据权利要求1所述的开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置，其特征在于：所述多级窄环带采用多级倒梯形截面结构或多级矩形截面结构。

5.根据权利要求1所述的开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置，其特征在于：所述的平面止推气浮轴承(7)，可以采用环形平面止推小孔节流气浮轴承，多孔质气浮轴承或者其他平面止推气浮轴承形式，且不限于以上所述的平面止推气浮轴承形式。

6.根据权利要求1所述的开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置，其特征在于：气浮物理仿真平台中的气浮球轴承组件和平面止推气浮轴承(7)，可通过在支撑立柱(4)和侧向通气管路(5)中分别增设减压阀以不同的供气压力单独供气，也可以对气浮球轴承组件和平面止推气浮轴承(7)以相同的供气压力同时供气。

Images