CN110001328B - 一种空间飞行器模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间飞行器模拟装置，用于空间飞行器的对接机构地面试验，包括：框架，框架的前端面设有用于安装对接机构的安装面板；吊绳，吊绳用于牵引空间飞行器模拟装置进行水平面平动和转动；二维转台，二维转台固定于框架内的底面，二维转台用于实现空间飞行器模拟装置的俯仰和横滚，其中，二维转台的顶部固定有用于连接吊绳的连接件；第一配重件，第一配重件分别安装于框架的左侧面、右侧面和背面，第一配重件用于调整空间飞行器模拟装置的质量惯量。本发明具有质量惯量调整范围大、通用性强、结构简单、使用方便的技术特点。

Description

一种空间飞行器模拟装置

技术领域

本发明属于空间飞行器模拟技术领域，尤其涉及一种空间飞行器模拟装置。

背景技术

空间站对接机构、探月转位与对接机构的对接与分离的地面模拟主要是通过地面大型试验台来实现。大型对接机构安装在地面模拟大型飞行器的专用试验台上，开展对接与分离试验。

现有大型试验台主要由两个五自由度飞行器模拟装置组成，该飞行器模拟装置具有结构复杂、研制成本高、质量惯量调节范围较小等特点，一般只用于模拟固定的大质量惯量飞行器。小型对接机构对应的飞行器质量惯量均较小，原有大型试验台无法实现对微小飞行器的质量惯量的模拟。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种空间飞行器模拟装置，具有质量惯量调整范围大、通用性强、结构简单、使用方便的技术特点。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种空间飞行器模拟装置，用于所述空间飞行器的对接机构地面试验，包括：

框架，所述框架的前端面设有用于安装所述对接机构的安装面板；

吊绳，所述吊绳用于牵引所述空间飞行器模拟装置进行水平面平动和转动；

二维转台，所述二维转台固定于所述框架内的底面，所述二维转台用于实现所述空间飞行器模拟装置的俯仰和横滚，其中，所述二维转台的顶部固定有用于连接所述吊绳的连接件；

第一配重件，所述第一配重件分别安装于所述框架的左侧面、右侧面和背面，所述第一配重件用于调整所述空间飞行器模拟装置的质量惯量。

根据本发明一实施例，所述二维转台包括外框、内框、十字轴，其中，所述外框固定于所述框架内的底面，所述十字轴同轴线的一对轴和所述外框轴承连接，所述十字轴同轴线的另一对轴和所述内框轴承连接，所述内框的顶部设有所述连接件。

根据本发明一实施例，所述十字轴包括连接框、光轴、阶梯轴，所述光轴同轴对称固定于所述连接框的两侧，所述光轴和所述外框轴承连接，所述阶梯轴同轴对称固定于所述连接框的另外两侧，所述阶梯轴和所述内框轴承连接，其中，所述光轴的轴线和所述阶梯轴的轴线互相垂直。

根据本发明一实施例，所述第一配重件包括立板、螺杆、重块，其中，所述立板固定于所述框架的左侧面、右侧面和背面，所述螺杆固定于所述立板，所述重块和所述螺杆螺纹连接。

根据本发明一实施例，所述立板设有一个或多个减重孔。

根据本发明一实施例，所述框架的顶面设有顶板，所述顶板上固定有互相垂直的横水泡和纵水泡，其中，所述顶板还设有中心孔，所述吊绳穿过所述中心孔与所述连接件连接。

根据本发明一实施例，所述顶板设有第二配重件，所述第二配重件对称分别设于所述中心孔的两侧。

根据本发明一实施例，所述二维转台还包括惯导，所述惯导固定于所述外框的内底面，用于测量所述空间飞行器模拟装置的位移、速度、加速度、角度、角速度、角加速度。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

(1)本发明采用吊绳牵引空间飞行器模拟装置，实现模拟空间飞行器的水平面平动和转动，采用二维转台固定于框架地面，实现模拟空间飞行器的俯仰和横滚，两者实现了五自由度飞行器的模拟，同时采用框架、二维转台、吊绳，减轻了模拟装置本身的质量惯量，兼容小型对接机构的地面试验，达到了结构简单、成本低、使用方便的技术效果，并采用第一配重件对空间飞行器模拟装置进行质量惯量的调整和重心位置的调整，达到了质量惯量调整范围大、通用性强的技术效果；

(2)本发明的二维转台采用外框、内框、十字轴实现，外框固定在框架的底面上，外框围绕十字轴转动可实现模拟空间飞行器的俯仰，内框围栏十字轴转动可实现模拟空间飞行器的横滚，吊绳和内框顶部的连接件相连，以牵引空间飞行器，达到了结构简单、低成本的技术效果；

(3)本发明的第一配重件采用立板、螺杆、重块实现，立板和连接框固定连接形成螺杆安装面，螺杆固定在立板上，重块和螺杆螺纹连接，重块在螺杆上的位置可调节方便且调节精度高，同时重块增减方便，达到质量惯量调节范围大的技术效果，立板设有一个或多个减重孔，将立板上不同的区域去除，进一步减轻整个模拟装置的重量，达到质量惯量调节范围大的技术效果；

(4)本发明设置顶板，通过顶板上的横水泡和纵水泡的读数反馈，确保模拟装置处于水平状态，达到模拟装置调整精确的技术效果；

(5)本发明设置第二配重件，设于顶板的中心孔的两侧，进一步扩大质量惯量的调节范围，同时由于第二配重件比第一配重件更靠近几何中心位置，其调节空间飞行器模拟装置的重心位置更加精确，达到精确调节、质量惯量调节范围大的技术效果；

(6)本发明设置惯导，设于外框的内底面，以测量所述空间飞行器模拟装置的位移、速度、加速度、角度、角速度、角加速度等参数，达到模拟装置的精准测量的技术效果。

附图说明

图1为本发明的一种空间飞行器模拟装置的整体结构示意图；

图2为本发明的一种空间飞行器模拟装置的框架结构示意图；

图3为本发明的一种空间飞行器模拟装置的二维转台结构示意图；

图4为本发明的一种空间飞行器模拟装置的十字轴结构示意图；

图5为本发明的一种空间飞行器模拟装置的对接机构安装示意图；

附图标记：

1：第一配重件；2：框架；3：吊绳；4：二维转台；2-1：螺杆；2-2：顶板；2-3：纵水泡；2-4：立螺杆；2-5：横水泡；2-6：安装面板；2-7：立板；4-1：十字轴；4-2：内框；4-3：连接件；4-4：惯导；4-5：外框；4-1-1：阶梯轴；4-1-2：连接框；4-1-3：光轴；5：对接机构。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种空间飞行器模拟装置作进一步详细说明。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。

实施例1

参看图1，本实施例提供一种空间飞行器模拟装置，包括：

框架2，框架2的前端面设有用于安装对接结构5的安装面板2-6；

吊绳3，吊绳3用于牵引空间飞行器模拟装置进行水平面平动和转动；

二维转台4，二维转台4固定于框架2内的底面，二维转台4用于实现所述空间飞行器模拟装置的俯仰和横滚，其中，二维转台4的顶部固定有用于连接吊绳3的连接件4-3；

第一配重件1，第一配重件1分别安装于框架2的左侧面、右侧面和背面，第一配重件1用于调整空间飞行器模拟装置的质量惯量。

本实施例采用吊绳3牵引空间飞行器模拟装置，实现模拟空间飞行器的水平面平动和转动，采用二维转台4固定于框架2地面，实现模拟空间飞行器的俯仰和横滚，两者实现了五自由度飞行器的模拟，同时采用框架2、二维转台4、吊绳3，减轻了模拟装置本身的质量惯量，兼容小型对接结构的地面试验，达到了结构简单、成本低、使用方便的技术效果，并采用第一配重件1对空间飞行器模拟装置进行质量惯量的调整和重心位置的调整，达到了质量惯量调整范围大、通用性强的技术效果。

现结合附图，具体对本实施例的空间飞行器模拟装置进行机械结构说明：

参看图1，本实施例的框架2为由棱边互相固定连接形成的几何体。参看图2，在框架2的前端面固定有用于安装对接结构5的安装面板2-6，安装面板2-6的中心设有通孔，用于减轻安装面板2-6的质量惯量，在通孔的四周设有对接结构5固定的安装孔。

参看图3，本实施例的二维转台4包括外框4-5、内框4-2、十字轴4-1，其中，外框4-5固定于框架2内的底面，十字轴4-1同轴线的一对轴和外框 4-5轴承连接，十字轴4-1同轴线的另一对轴和内框4-2轴承连接，内框4-2 的顶部设有连接件4-3。参看图3，内框4-2与外框4-5之间设置十字轴4-1，内框4-2和十字轴4-1之间、外框4-5和十字轴4-1之间设置有轴承，十字轴4-1的中心与框架2几何中心重合，内框4-2与外框4-5均为“U”字形布局，内框4-2上设置有连接件4-3，连接件4-3为吊环螺钉，用于与吊绳3 相连，本实施例的吊绳3长度大于20米。

参看图4，本实施例的十字轴4-1包括连接框4-1-2、光轴4-1-3、阶梯轴4-1-1，光轴4-1-3同轴对称固定于连接框4-1-2的两侧，光轴4-1-3和外框4-5轴承连接，阶梯轴4-1-1同轴对称固定于连接框4-1-2的另外两侧，阶梯轴4-1-1和内框4-2轴承连接，其中，光轴4-1-3的轴线和阶梯轴4-1-1 的轴线互相垂直。

优选地，连接框4-1-2为中空结构且四面设置有通孔，以减轻整个模拟装置的质量惯量；两个阶梯轴4-1-1和光轴4-1-3分别对称的设置在连接框 4-1-2的通孔上。

同样地，本实施例中二维转台4为实现二维转动的功能，采用十字轴4-1 为核心的机械结构，但不局限于十字轴4-1的机械结构，可以为两个单向轴垂直组合的形式来实现十字轴4-1的功能，可配置底座和第一轴轴承连接，第一轴和中间转换件的一端轴承连接，中间转换件的另一端和第二轴轴承连接，第二轴承和顶部件轴承连接。本实施例考虑机械结构的简洁和整体的质量惯量轻量化，采用简洁的十字轴4-1的二维转台4。

本实施例的二维转台4采用外框4-5、内框4-2、十字轴4-1实现，外框 4-5固定在框架2的底面上，外框4-5围绕十字轴4-1转动可实现模拟空间飞行器的俯仰，内框4-2围栏十字轴4-1转动可实现模拟空间飞行器的横滚，吊绳3和内框4-2顶部的连接件4-3相连，以牵引空间飞行器，达到了结构简单、低成本的技术效果。

参看图2，本实施例的第一配重件1包括立板2-7、螺杆2-1、重块，其中，立板2-7固定于框架2的左侧面、右侧面和背面，螺杆2-1固定于立板2-7，重块和螺杆2-1螺纹连接。参看图2，框架2的三个侧面固定有三个立板2-7，每个立板2-7上固定有螺杆2-1，每个螺杆2-1上均可配置重块，重块和螺杆2-1螺纹连接，重块的配置数量和重量均可根据实际模拟达到空间飞行器的质量惯量调节。

优选地，立板2-7设有一个或多个减重孔，以减轻整体模拟装置的质量惯量。

本实施例的第一配重件1采用立板2-7、螺杆2-1、重块实现，立板2-7 和连接框4-1-2固定连接形成螺杆安装面，螺杆2-1固定在立板2-7上，重块和螺杆2-1螺纹连接，重块在螺杆2-1上的位置可调节方便且调节精度高，同时重块增减方便，达到质量惯量调节范围大的技术效果，立板2-7设有一个或多个减重孔，将立板2-7上不同的区域去除，进一步减轻整个模拟装置的重量，达到质量惯量调节范围大的技术效果。

实施例2

参看图1，本实施例提供一种基于实施例1的一种空间飞行器模拟装置：

参看图2，本实施例的框架2的顶面设有顶板2-2，顶板2-2上固定有互相垂直的横水泡2-5和纵水泡2-3，其中，顶板2-2还设有中心孔，吊绳3 穿过中心孔与连接件4-3连接。横水泡2-5和纵水泡2-3两者为长条状且互相垂直，可观察水泡的位置可判断空间飞行转的水平状态。顶板2-2中心开中心孔，进一步减轻了整个模拟装置的质量惯量。

本实施例设置顶板2-2，通过顶板2-2上的横水泡2-5和纵水泡2-3的读数反馈，确保模拟装置处于水平状态，达到模拟装置调整精确的技术效果。

参看图1和图2，本实施例的顶板2-2设有第二配重件，第二配重件对称分别设于中心孔的两侧。本实施例的第二配重件和第一配重件1结构相同，通过立螺杆2-4固定在顶板2-2的中心孔两侧，两个立螺杆2-4通过螺纹连接有重块，重块的数量和质量根据实际情况调整。

本实施例设置第二配重件，设于顶板2-2的中心孔的两侧，进一步扩大质量惯量的调节范围，同时由于第二配重件比第一配重件1更靠近几何中心位置，其调节空间飞行器模拟装置的重心位置更加精确，达到精确调节、质量惯量调节范围大的技术效果。

参看图3，本实施例的二维转台4还包括惯导4-4，惯导4-4固定于外框 4-5的内底面，用于测量空间飞行器模拟装置的位移、速度、加速度、角度、角速度、角加速度。

本实施例设置惯导4-4，设于外框4-5的内底面，以测量所述空间飞行器模拟装置的位移、速度、加速度、角度、角速度、角加速度等参数，达到模拟装置的精准测量的技术效果。

现在说明本发明的空间飞行器模拟装置进行对接装置地面试验实施过程：

结合图1、图2、图5：对接结构5设置在安装面板2-6上，吊绳3通过行车将本模拟装置吊起，调节左螺杆、右螺杆、后螺杆、立螺杆2-4上的重块的大小和位置，实现本模拟装置的质量惯量与目标值相符，并通过横水泡 2-5和纵水泡2-3的读数反馈，确保模拟装置处于水平状态，并且重心与十字轴4-1几何中心重合；二维转台4实现了本模拟装置的俯仰和横滚自由度；吊绳3长度大于20米，本模拟装置在水平面内的运动可以看做平动，因此本模拟装置具备了在水平面的平动，绕绳的转动以及俯仰、横滚共五个自由度，满足了对接结构5地面模拟试验对试验模拟装置的要求。本模拟装置设置有惯导4-4，试验过程中可以测量模拟装置的位移、速度、加速度、角度、角速度、角加速度等物理参数。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种空间飞行器模拟装置，用于所述空间飞行器的对接机构地面试验，其特征在于，包括：

框架，所述框架的前端面设有用于安装所述对接机构的安装面板；

吊绳，所述吊绳用于牵引所述空间飞行器模拟装置进行水平面平动和转动；

二维转台，所述二维转台固定于所述框架内的底面，所述二维转台用于实现所述空间飞行器模拟装置的俯仰和横滚，其中，所述二维转台的顶部固定有用于连接所述吊绳的连接件；

第一配重件，所述第一配重件分别安装于所述框架的左侧面、右侧面和背面，所述第一配重件用于调整所述空间飞行器模拟装置的质量惯量；

所述二维转台包括外框、内框、十字轴，其中，所述外框固定于所述框架内的底面，所述十字轴同轴线的一对轴和所述外框轴承连接，所述十字轴同轴线的另一对轴和所述内框轴承连接，所述内框的顶部设有所述连接件。

2.根据权利要求1所述的一种空间飞行器模拟装置，其特征在于，所述十字轴包括连接框、光轴、阶梯轴，所述光轴同轴对称固定于所述连接框的两侧，所述光轴和所述外框轴承连接，所述阶梯轴同轴对称固定于所述连接框的另外两侧，所述阶梯轴和所述内框轴承连接，其中，所述光轴的轴线和所述阶梯轴的轴线互相垂直。

3.根据权利要求1所述的一种空间飞行器模拟装置，其特征在于，所述第一配重件包括立板、螺杆、重块，其中，所述立板固定于所述框架的左侧面、右侧面和背面，所述螺杆固定于所述立板，所述重块和所述螺杆螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的一种空间飞行器模拟装置，其特征在于，所述立板设有一个或多个减重孔。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种空间飞行器模拟装置，其特征在于，所述框架的顶面设有顶板，所述顶板上固定有互相垂直的横水泡和纵水泡，其中，所述顶板还设有中心孔，所述吊绳穿过所述中心孔与所述连接件连接。

6.根据权利要求5所述的一种空间飞行器模拟装置，其特征在于，所述顶板设有第二配重件，所述第二配重件对称分别设于所述中心孔的两侧。

7.根据权利要求6所述的一种空间飞行器模拟装置，其特征在于，所述二维转台还包括惯导，所述惯导固定于所述外框的内底面，用于测量所述空间飞行器模拟装置的位移、速度、加速度、角度、角速度、角加速度。

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