CN108708929B - 一种星载环形天线用恒力卸载装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种星载环形天线用恒力卸载装置及方法，装置包括直线导轨(1)、滑块(2)、定滑轮(3)、卸载绳(4)、弹簧秤(5)、连接块(6)。定滑轮(3)安装在滑块(2)上，滑块(2)安装到导轨(1)上使其能沿导轨(1)自由滑动；卸载绳(4)绕过定滑轮(3)，卸载绳(4)两端分别安装连接块(6)，连接块(6)分别安装在天线横杆两端的铰链位置处；每根卸载绳(4)中间串接弹簧秤(5)。本发明的恒力卸载装置及方法可彻底克服卸载力导致的天线横杆变形，通过定滑轮的调节，在两个铰链节点上平衡卸载力，达到恒力卸载的目的。

Description

一种星载环形天线用恒力卸载装置及方法
技术领域
本发明属于航天器机械领域，特别涉及一种星载环形天线用恒力卸载方法。
背景技术
星载环形天线在地面进行展开试验时，需要一套零重力卸载装置，消除重力的影响，尽量模拟在太空中无重力环境下的展开过程。零重力卸载装置设计时一般有以下要求：a)卸载力应抵消重力，且在展开过程中保持均匀，不应有较大变化；b)卸载力的施加位置应在结构刚度较大位置，避免因卸载力导致结构变形。
目前使用的常规卸载装置由直线导轨滑块、卸载绳、弹簧秤、连接块等几部分组成，卸载力施加点位于天线横杆中部。但该卸载装置有以下两个严重问题无法克服：
1)横杆为轻质薄壁细长杆结构(外径25mm以下，壁厚0.8mm以下，长度1500mm以上，重量约100g)，设计要求工作时仅承受拉伸和压缩载荷，一般不承受弯曲载荷。横杆端部的铰链质量相对较大(约280g-500g)。常规卸载时，卸载力施加点位于横杆中部，端部集中质量很容易使横杆发生变形，使杆件出现了工作中不应承受的弯曲载荷和弯曲应力，可能影响杆件的寿命。
2)环形天线展开过程不完全同步，在某些时刻，一组单元已经展开到位，另一组尚未展开。那么,未展开的单元横杆中心位置升高，将会导致部分位置卸载力过高，部分位置卸载失效，不能保证展开全过程卸载始终处于恒力状态。由于部分卸载力增大，将会导致天线杆件发生不期望的变形。
发明内容
本发明解决的问题是：克服现有零重力卸载方法的不足，本发明提供了一种星载环形天线恒力卸载装置及方法，可彻底克服卸载力导致的天线横杆变形，通过定滑轮的调节，在两个铰链节点上平衡卸载力，达到恒力卸载的目的。
本发明所采用的技术方案是：一种星载环形天线用恒力卸载装置，包括直线导轨、滑块、定滑轮、卸载绳、弹簧秤、连接块；定滑轮安装在滑块上，滑块安装到导轨上使其能沿导轨自由滑动；卸载绳绕过定滑轮，卸载绳两端分别安装连接块，连接块分别安装在天线横杆两端的铰链位置处；每根卸载绳中间串接弹簧秤。
所述弹簧秤量程为作用于天线铰链位置处的卸载力的2到3倍。
一种星载环形天线用恒力卸载方法，包括步骤如下：
1)将直线导轨固定在卸载桁架上；
2)调整直线导轨的直线度、水平度、水平极限偏差、直线导轨高度、直线导轨间夹角，直到满足规定指标的要求；
3)将定滑轮安装固定到滑块上；
4)将滑块安装到直线导轨上，使滑块能够沿导轨自由滑动；
5)将卸载绳穿过定滑轮；
6)在卸载绳两端距离滑块等距离的位置处将弹簧秤串接到卸载绳中；
7)将连接块依次安装在对应的天线横杆端部的铰链上；
8)将卸载绳两端分别与在天线横杆相邻的两个铰链上安装的连接块连接，使天线吊起；
9)调节卸载绳长度，直到处于同一根天线横杆两端的连接块处于同一水平位置且弹簧秤显示张力相等为止。
所述步骤2)中规定指标的要求为直线导轨的水平度优于1mm/m，水平极限偏差优于3mm，直线导轨间夹角误差优于0.03°，直线导轨的直线度优于10mm。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明中的卸载方法，卸载力施加点位于天线横杆端部铰链位置，直接作用在金属件上，避免了常规卸载装置导致横杆杆件变形问题；
(2)本发明中的卸载方法，避免了常规卸载装置在过度卸载时杆件严重变形的问题。
(3)本发明中的卸载方法，通过定滑轮，将相邻的两组卸载绳连接到一起。定滑轮使相邻两组卸载力得到平衡，使展开任意时刻，卸载力在杆件端部的合力均处于垂直向上的恒力状态，实现了恒力卸载的目的。
附图说明
图1为恒力卸载组成图；
图2为恒力卸载展开不同步时卸载情况示意图；
图3为恒力卸载质心变化示意图；
图4为恒力卸载工作过程示意图；
图5为恒力卸载质心变化与卸载绳长度和横杆长度关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1、图2所示，依据本发明中的卸载方法设计恒力卸载装置，包括直线导轨1、滑块2、定滑轮3、卸载绳4、弹簧秤5、连接块6。滑块2和定滑轮3通过螺钉安装到一起，再将滑块2安装到导轨1上使其能沿导轨1自由滑动；卸载绳4绕过定滑轮3，在卸载绳4中间串接弹簧秤5，卸载绳4端部安装连接块6。各组成部件设计时应考虑重量、强度裕度等因素。在保证足够安全裕度的情况下，尽可能采用铝、高强塑料等轻质材料。结构设计紧凑，不得有突起物。结构件、绳索一般要求安全系数大于5，弹簧秤5量程一般为卸载力的2到3倍。
一种新型星载环形天线恒力卸载方法，包括步骤如下：
步骤1：将直线导轨1通过螺钉固定在零重力卸载桁架上；
步骤2：调整导轨1的直线度、水平度、水平极限偏差、导轨1高度、导轨1间夹角，直到满足规定指标的要求；一般要求水平度优于1mm/m，极限偏差优于3mm，夹角误差优于0.03°，直线度优于10mm。
步骤3：将滑块2和定滑轮3安装固定到一起；
步骤4：将滑块2安装到直线导轨1上，使其能沿导轨1自由滑动；一般要求滚动摩擦力小于卸载力的5％；
步骤5：将卸载绳4穿过定滑轮3；
步骤6：在卸载绳4两端距离滑块2约1米的位置，将弹簧秤5串接到卸载绳4中；
步骤7：将连接块6依次安装在对应的天线横杆端部的铰链上；
步骤8：卸载绳4两端分别与天线横杆相邻的两个铰链安装的连接块6连接到一起，一个卸载块6连接两根相邻的卸载绳4，连接完毕后即可将天线整体吊起；
步骤9：调节卸载绳4长度，直到横杆相同接头的连接块6处于同一水平位置、弹簧秤5显示张力相等为止。用经纬仪测量连接块6的高度，在弹簧秤5上直接读取张力值。恒力卸载装置安装调试结束。
如图4，本发明卸载方法，在天线展开过程卸载时，需保证卸载力施加点位于天线横杆端部铰链位置，直接作用在金属件上。
如图4，本发明卸载方法，安装时，将相邻的两组卸载绳4通过定滑轮3连接到一起。需保证定滑轮3滑动摩擦系数足够小，一般摩擦力最大为卸载力的1％。保证定滑轮3两端卸载零达到平衡。
如图3、图5，本发明卸载方法，在天线展开过程中，质心将会提高。应严格控制卸载绳4长度，卸载绳4长度至少应大于横杆长度的5倍，保证质心提高不超过横杆杆长的2.5％。
本发明中的新型恒力卸载方法在卸载过程中会导致天线质心提高(如图3)。但通过合理的设计，可以使质心变化控制在合理的范围内。
设原卸载绳4长度为L0，则本发明中的卸载绳4长度为2*L0。设定滑轮3两边卸载绳4长度分别为La、Lb，且La+Lb＝2L0
初始收拢状态La≠Lb，横杆中部与定滑轮3之间距离为L0。
最终展开状态La＝Lb＝L0，横杆中部与定滑轮3之间距离为|OC|。
则：
|OC|2＝|OA|2-|AC|2
上式中|OA|＝La＝L0，AC＝L横/2
质心在高度方向的变化△H(如图3所示)为：
△H＝L0-|OC|＝L0-[(L0)2-(L横/2)2]0.5
从上式可以看出，当天线横杆长度L横不变时，质心高度变化△H随卸载绳4长度L0的增大而减小(如图4、图5所示)。(图5中，△H--质心变化；L横--横杆长度；L0--卸载绳长度。)
当横杆长度L横＝1.5米、卸载绳4长度L0＝7.5米时，质心△H仅仅升高0.0375米(2.5％*L横)，几乎可以忽略。
当然，对本发明的各组成部件、位置关系及连接方式在不改变其功能的情况下，进行的等效变换或替代，也落入本发明的保护范围。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (4)

1.一种星载环形天线用恒力卸载装置，其特征在于：包括直线导轨(1)、滑块(2)、定滑轮(3)、卸载绳(4)、弹簧秤(5)、连接块(6)；定滑轮(3)安装在滑块(2)上，滑块(2)安装到导轨(1)上使其能沿导轨(1)自由滑动；卸载绳(4)绕过定滑轮(3)，卸载绳(4)两端分别安装连接块(6)，连接块(6)分别安装在天线横杆两端的铰链位置处；每根卸载绳(4)中间串接弹簧秤(5)。
2.根据权利要求1所述的一种星载环形天线用恒力卸载装置，其特征在于：所述弹簧秤(5)量程为作用于天线铰链位置处的卸载力的2到3倍。
3.一种星载环形天线用恒力卸载方法，其特征在于：包括步骤如下：
1)将直线导轨(1)固定在卸载桁架上；
2)调整直线导轨(1)的直线度、水平度、水平极限偏差、直线导轨(1)高度、直线导轨(1)间夹角，直到满足规定指标的要求；
3)将定滑轮(3)安装固定到滑块(2)上；
4)将滑块(2)安装到直线导轨(1)上，使滑块(2)能够沿导轨(1)自由滑动；
5)将卸载绳(4)穿过定滑轮(3)；
6)在卸载绳(4)两端距离滑块(2)等距离的位置处将弹簧秤(5)串接到卸载绳(4)中；
7)将连接块(6)依次安装在对应的天线横杆端部的铰链上；
8)将卸载绳(4)两端分别与在天线横杆相邻的两个铰链上安装的连接块(6)连接，使天线吊起；
9)调节卸载绳(4)长度，直到处于同一根天线横杆两端的连接块(6)处于同一水平位置且弹簧秤(5)显示张力相等为止。
4.根据权利要求3所述的一种星载环形天线用恒力卸载方法，其特征在于：所述步骤2)中规定指标的要求为直线导轨(1)的水平度优于1mm/m，水平极限偏差优于3mm，直线导轨(1)间夹角误差优于0.03°，直线导轨(1)的直线度优于10mm。
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