CN110450993A - 零重力自调节气浮平台及零重力模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种零重力自调节气浮平台及零重力模拟系统，涉及零重力模拟试验技术领域，包括气足单元、高度调节装置和支撑单元，高度调节装置分别与气足单元和支撑单元连接，高度调节装置能够调节气足单元与支撑单元之间的距离；位移传感器，位移传感器与所述支撑单元连接；高度调节装置与位移传感器连接，位移传感器能够检测支撑单元的高度数据，并将高度数据传输给高度调节装置，高度调节装置根据接收到的高度数据调节支撑单元与所述气足单元之间的距离，使所述支撑单元移动至预设高度，整个调节过程通过位移传感器和高度调节装置来完成，实现自动调整，调节精度高，调节效率高，能够满足大型卫星天线展开系统的地面零重力试验。

Description

零重力自调节气浮平台及零重力模拟系统

技术领域

本发明涉及零重力模拟试验技术领域，尤其是涉及一种零重力自调节气浮平台及零重力模拟系统。

背景技术

随着航天技术的不断发展，以大型天线面板等为代表的航天器应用越来越广泛。由于其机构相对复杂，精度较高，需要在地面进行一系列零重力展开实验，以保证其在轨状态能够正常使用。

现有的天线面板地面零重力试验通常通过两个气浮平台放置在超平支撑平台上进行。两个气浮平台分别与所述卫星天线面板的两端连接，为了使卫星天线面板整体水平，需要技术人员通过人工调节其中一个气浮平台中天线转接板和气足单元之间螺杆的高度，从而调整气浮平台的高度，以令两个气浮平台高度一致，卫星天线面板整体水平。由于新一代的卫星天线展开系统十分复杂，因此调整时，气浮力耦合严重，需要人工经反复多次测量再调整，整个调节过程耗时长、调节精度低，且调整效率低，无法满足大型天线展开系统的地面零重力试验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种零重力自调节气浮平台，以解决现有零重力自调节气浮平台在调整时，气浮力耦合严重，需要人工经反复多次测量再调整，整个调节过程耗时长、调节精度低，且调整效率低无法满足大型天线展开系统的地面零重力试验。的技术问题。

本发明提供的零重力自调节气浮平台，所述零重力自调节气浮平台包括气足单元、高度调节装置和支撑单元，所述高度调节装置分别与所述气足单元和所述支撑单元连接，所述高度调节装置能够调节所述气足单元与所述支撑单元之间的距离；

零重力自调节气浮平台包括位移传感器，所述位移传感器与所述支撑单元连接；所述高度调节装置与所述位移传感器连接，所述位移传感器能够检测所述支撑单元的高度数据，并将所述高度数据传输给所述高度调节装置，所述高度调节装置根据接收到的所述高度数据调节所述支撑单元与所述气足单元之间的距离，以使所述支撑单元移动至预设高度。

进一步的，所述高度调节装置包括底座、升降台和丝杠升降机，所述底座和所述气足单元连接，所述升降台和所述支撑单元连接；

所述丝杠升降机安装在所述底座上，所述升降台与所述丝杠升降机的活动端连接。

进一步的，所述丝杠升降机包括第一步进电机、小带轮、大带轮、同步带、滚珠丝杠和螺母；

所述第一步进电机的输出端与所述小带轮连接，用于驱动所述小带轮转动，所述小带轮通过所述同步带与所述大带轮连接，所述滚珠丝杠的一端与所述大带轮连接，所述螺母套设在所述滚珠丝杠上，且能够沿所述滚珠丝杠的轴线方向移动，所述螺母与所述升降台固定连接。

进一步的，所述滚珠丝杠包括螺纹部与连接部，所述丝杠升降机包括抱闸器，所述抱闸器与所述连接部连接，当所述第一步进电机断电时，所述抱闸器用于锁紧所述滚珠丝杠；

所述螺母套设在所述螺纹部上。

进一步的，所述底座和所述升降台之间设置有导向柱，所述导向柱一端与所述底座连接，所述导向柱与所述升降台滑动连接。

进一步的，所述升降台和所述支撑单元之间设置有减震机构。

进一步的，所述减震机构包括减震弹簧和预紧柱，所述预紧柱的一端与所述升降台滑动连接；所述预紧柱的另一端与所述支撑单元连接；

所述减震弹簧套接在所述预紧柱上，所述减震弹簧的一端与所述支撑单元抵接，所述减震弹簧的另一端与所述升降台抵接。

进一步的，所述支撑单元包括底板、第二步进电机、传动组件、天线转接板和检测机构转接板；

所述第二步进电机通过所述传动组件驱动所述天线转接板在水平方向上移动；所述检测机构转接板与所述天线转接板连接，所述位移传感器安装在所述检测机构转接板上。

进一步的，所述底座和所述气足单元之间设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测作用在所述零重力自调节气浮平台上的压力数据。

一种零重力模拟系统，包括模拟墙、铰链、控制器和多个上述的零重力自调节气浮平台；

多个所述零重力自调节气浮平台与所述卫星天线固定板的下端面连接，所述卫星天线固定板上安装有卫星天线；所述铰链的一端与所述模拟墙连接，所述铰链的另一端连接卫星天线固定板；所述控制器分别与多个所述零重力自调节气浮平台连接。

本发明提供的零重力自调节气浮平台，所述零重力自调节气浮平台包括气足单元、高度调节装置和支撑单元，所述高度调节装置分别与所述气足单元和所述支撑单元连接，所述高度调节装置能够调节所述气足单元与所述支撑单元之间的距离；零重力自调节气浮平台包括位移传感器，所述位移传感器与所述支撑单元连接；所述高度调节装置与所述位移传感器连接，所述位移传感器能够检测所述支撑单元的高度数据，并将所述高度数据传输给所述高度调节装置，所述高度调节装置根据接收到的所述高度数据调节所述支撑单元与所述气足单元之间的距离，以使所述支撑单元移动至预设高度。使用时，利用所述气足单元将所述零重力自调节气浮平台悬浮，所述位移传感器检测所述支撑单元的高度数据，并将高度数据传输给所述高度调节装置，所述高度调节装置根据接收到的高度数据，并与输入所述高度调节装置的预设高度进行比较，从而调节所述支撑单元与所述气足单元之间的距离，将所述支撑单元调整到预设高度。整个调节过程通过所述位移传感器和所述高度调节装置来完成，实现自动调整，整个调节过程耗时较短，调节精度高，调节效率高，能够满足大型卫星天线展开系统的地面零重力试验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的零重力自调节气浮平台的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的零重力自调节气浮平台的丝杠升降机的内部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的零重力自调节气浮平台的升降台的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的零重力自调节气浮平台的减震机构的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的零重力自调节气浮平台的气足单元的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的零重力模拟系统的结构示意图。

图标：10-零重力自调节气浮平台；20-卫星天线；30-卫星天线固定板；40-铰链；50-模拟墙；60-控制器；101-喷气结构；102-球铰杆；103-承重板；104-压力传感器；106-导向柱；107-导向柱支座；108-第一直线轴承；210-底座；220-丝杠升降机；221-第一步进电机；222-小带轮；223-同步带；224-大带轮；225-滚珠丝杠；226-螺母；230-升降台；231-第一通孔；232-第二通孔；240-箱体；250-箱盖；251-定位销；260-端盖；270-抱闸器；280-深沟球轴承；290-圆锥滚子轴承；301-减震弹簧；302-预紧柱；303-弹簧座；304-第二直线轴承；410-底板；421-第二步进电机；422-传动组件；423-天线转接板；424-检测机构转接板；425-导轨；500-位移传感器。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图5所示，本发明提供的零重力自调节气浮平台10，零重力自调节气浮平台10包括气足单元、高度调节装置和支撑单元，高度调节装置分别与气足单元和支撑单元连接，高度调节装置能够调节气足单元与支撑单元之间的距离；气足单元用于将零重力自调节气浮平台10悬浮，平衡负载，实现零重力的模拟环境。

零重力自调节气浮平台10包括位移传感器500，位移传感器500与支撑单元连接；高度调节装置与位移传感器500连接，位移传感器500能够检测支撑单元的高度数据，并将高度数据传输给高度调节装置，高度调节装置根据接收到的高度数据调节支撑单元与气足单元之间的距离，以使支撑单元移动至预设高度。

具体地，零重力自调节气浮平台10包括设置在底部的气足单元，气足单元通过高度调节装置与支撑单元连接，高度调节装置能够调节气足单元与支撑单元之间的距离，位移传感器500设置在支撑单元上，用于检测支撑单元的实际高度，支撑单元用于与卫星天线20连接。

使用时，利用气足单元将零重力自调节气浮平台10悬浮，位移传感器500检测支撑单元的高度数据，并将高度数据传输给高度调节装置，高度调节装置根据收到的高度数据，并与人工输入高度调节装置的预设高度进行比较，从而调节支撑单元与气足单元之间的距离，将支撑单元调整到预设高度。整个调节过程通过位移传感器500和高度调节装置来完成，实现自动调整，调节精度高，调节效率高，能够满足大型卫星天线20展开系统的地面零重力试验。

具体地，高度调节装置包括底座210、升降台230和丝杠升降机220，底座210和气足单元连接，升降台230和支撑单元连接。丝杠升降机220安装在底座210上，升降台230与丝杠升降机220的活动端连接。

使用时，丝杠升降机220和位移传感器500可以分别与外接的控制器电连接，控制器能够接收位移传感器500检测的高度数据，控制器能够给丝杠升降机220发送控制信号，以控制丝杠升降机220能够调节升降台230与底座210之间的距离。控制器接收位移传感器500的高度数据并控制丝杠升降机220的运动为现有技术，这里不再赘述。

需要说明的是，高度调节装置也可以包括底座210、升降台230和电动伸缩缸，底座210和气足单元连接，升降台230和支撑单元连接，电动伸缩缸的固定端安装在底座210上，升降台230与电动伸缩缸的活动端连接，位移传感器500通过外接的控制器与电动伸缩缸电连接，控制器能够接收位移传感器500的高度数据，并能够向电动伸缩缸发送控制信号，以控制电动伸缩缸的运动，利用电动伸缩缸能够调节升降台230与底座210之间的距离。

本实施例中，丝杠升降机220包括第一步进电机221、小带轮222、大带轮224、同步带223、滚珠丝杠225和螺母226；第一步进电机221的输出端与小带轮222连接，用于驱动小带轮222转动，小带轮222通过同步带223与大带轮224连接，滚珠丝杠225的一端与大带轮224连接，螺母226套设在滚珠丝杠225上，且能够沿滚珠丝杠225的轴线方向移动，螺母226与升降台230固定连接，升降台230连接支撑单元。

具体地，如图2所示，本实施例中，丝杠升降机220包括箱盖250、深沟球轴承280、小带轮222、同步带223、大带轮224、滚珠丝杠225、螺母226、定位销251、箱体240、端盖260、抱闸器270、圆锥滚子轴承290组成。

小带轮222、同步带223、大带轮224、深沟球轴承280、滚珠丝杠225、圆锥滚子轴承290安装在箱体240内。并通过箱盖250和端盖260将箱体240密封。第一步进电机221的输出轴伸入箱体240内，并与小带轮222的一端连接，小带轮222的另一端与深沟球轴承280连接，并通过端盖260固定，以使第一步进电机221能够驱动小带轮222转动，深沟球轴承280主要承受径向载荷，也可同时承受径向载荷和轴向载荷，当其仅承受径向载荷时，接触角为零。当深沟球轴承280具有较大的径向游隙时，具有角接触轴承的性能，可承受较大的轴向载荷，深沟球轴承280的摩擦系数很小，极限转速也很高。小带轮222通过同步带223与大带轮224连接，并带动大带轮224转动。

滚珠丝杠225包括连接部和螺纹部，滚珠丝杠225的连接部穿过大带轮224，且与大带轮224固定连接，以使滚珠丝杠225能够与大带轮224同步转动，大带轮224的两侧均设置有圆锥滚子轴承290，分别与滚珠丝杠225连接，圆锥滚子轴承290主要用于承受以径向载荷为主的径向与轴向联合载荷。与角接触球轴承相比、承载能力大，极限转速低。圆锥滚子轴承290能够承受一个方向的轴向载荷，能够限制轴或外壳一个方向的轴向位移。

滚珠丝杠225与箱体240连接处设置有端盖260，用于内部结构的密封。

优选地，箱体240与箱盖250连接处设置有定位销251，用于箱体240与箱盖250的连接时的定位，可以用于防止箱体240与箱盖250的转动错位。

滚珠丝杠225的螺纹部与螺母226连接，即螺母226套设在螺纹部上，螺母226与升降台230固定连接，通过滚珠丝杠225的转动，从而实现螺母226在竖直方向的移动，带动升降台230在竖直方向上移动。

本实施例中，丝杠升降机220需要实现正向和逆向两个方向的转动，丝杠的正向转动和逆向转动能够带动螺母226的上升和下降，以使与螺母226固定连接的升降台230能够在竖直方向上升和下降，从而调节气足单元和支撑单元之间的距离，达到调节支撑单元高度的目的。

需要说明的是，小带轮222通过同步带223与大带轮224的传动实现第一步进电机221对滚珠丝杠225的驱动。当然，也可以采用齿轮传动的形式来实现。

相较于齿轮传动来说，同步带223传动不存在齿隙，在支撑单元需要下降时，滚珠丝杠225逆向转动时，不会出现小带轮222和丝杠的传动误差，整个装置在竖直方向的调整就能够顺利进行。

优选地，小带轮222一端可以为空心轴，另一端可以为实心轴；空心轴的端面上设置有内孔，第一步进电机221的输出轴直接插入小带轮222的内孔，内孔与输出轴可以利用紧定螺钉进行固定；实心轴的一端安装有深沟球轴承280。

优选地，大带轮224安装在滚珠丝杠225的连接部上，可以通过圆头平键实现切向固定。

优选地，小带轮222与空心轴、实心轴采用一体化设计，有效提高了小带轮222的强度，能够安全的传递第一步进电机221的扭矩，并且同时有效节省了丝杠升降机220所占的空间，减少了零重力自调节气浮平台10的整体重量，减轻了气足单元的承载，整个高度调节装置的结构更加紧凑。

第一步进电机221的输出轴与滚珠丝杠225采用平行布置，保证零重力自调节气浮平台10竖直方向的紧凑性。滚珠丝杠225的一端无螺纹，无螺纹的末端安装深沟球轴承280，另一端为滚珠螺纹丝杠，与螺母226配合传递扭矩。第一步进电机221的输出轴经过小带轮222、同步带223、大带轮224减速后，传递到滚珠丝杠225，滚珠丝杠225的转动带动螺母226上下移动，从而带动升降台230实现升降。

优选地，丝杠升降机220包括抱闸器270，抱闸器270与连接部连接，当第一步进电机221断电停转时，抱闸器270用于锁紧滚珠丝杠225，防止滚珠丝杠225的转动，从而保证升降台230在竖直方向的精确定位。

本发明在滚珠丝杠225的连接部，即无螺纹段安装抱闸器270，抱闸器270可以为磁粉制动器，利用其断电制动功能，在断电时锁紧滚珠丝杠225，防止其发生反转，实现高度调节装置的精确停位，保证调节过程的安全性和可靠性。

如图1、图3所示，底座210和升降台230之间设置有导向柱106，导向柱106一端与底座210连接，导向柱106的与升降台230滑动连接。

具体地，底座210上设置有导向柱支座107，底座210与导向柱支座107通过紧定螺钉连接，导向柱106的一端与导向柱支座107连接，升降台230通过第一直线轴承108与导向柱106的滑动连接，即导向柱106穿过第一直线轴承108，第一直线轴承108能够沿导向柱106在竖直方向移动，以使与第一直线轴承108连接的升降台230能够沿导向柱106移动。

优选地，导向柱106的数量为四个，四个导向柱106设置在底座210的四个角上，每根导向柱106均通过导向柱支座107竖直设置在底座210上，导向柱支座107通过紧定螺钉与底座210固定连接。升降台230的四个角上设置有第一通孔231，第一通孔231内设置有第一直线轴承108，第一直线轴承108用于连接导向柱106的另一端，以使导向柱106的另一端与升降台230滑动连接。利用相互平行的四根导向柱106，以及丝杠升降机220将底座210和升降台230的连接，能够使整个零重力自调节气浮平台10所承受的偏载得到有效分摊，保证在丝杠升降机220在驱动升降台230上下运动时，整个高度调节装置不会因偏载而卡死，以使高度调节装置能够顺利完成竖直方向上的调整。

优选地，底座210的底面上设置有加强筋，用于提高底座210整体的刚度，并且保证四根导向柱106的平行度。

丝杠升降机220带动升降台230和安装在升降台230上的支撑单元升降，在导向柱106与第一直线轴承108的约束下，保持支撑单元的水平，从而确保了安装在支撑单元上负载卫星天线20底部平面水平，消除了天线与天线之间连接铰链处的多余应力。

如图4所示，升降台230和支撑单元之间设置有减震机构。减震机构用于卫星天线20水平方向移动时或展开过程中的缓冲减震，可以起到保护零重力自调节气浮平台10的作用。

本实施例中，减震机构包括减震弹簧301和预紧柱302，预紧柱302的一端与升降台230滑动连接；预紧柱302的另一端与支撑单元连接。

减震弹簧301套接在预紧柱302上，减震弹簧301的一端与支撑单元抵接，减震弹簧301的另一端与升降台230抵接。

具体地，升降台230上设置有第二通孔232，升降台230朝向支撑单元的一侧设置有与第二通孔232对齐的弹簧座303，弹簧座303可以通过螺钉与升降台230连接，弹簧座303包括中心孔，中心孔与第二通孔232的中心线对齐，且第二通孔232内部设置有第二直线轴承304，预紧柱302的一端为法兰盘，另一端攻螺纹。预紧柱302插入第二直线轴承304中，法兰盘与升降台的下面抵接，减震弹簧301套接在预紧柱302上，预紧柱302攻螺纹一端与支撑单元连接，从而实现预紧柱302与支撑单元的固定连接。这样在整个装置安装了模拟工装以后，减震弹簧301受压被压缩，预紧柱302可以同支撑单元一起实现竖直向下的运动，升降台230与预紧柱302之间为滑动连接，这样有效缓冲了加载时，模拟工装引起的震动，可以通过减震机构消除。

预紧柱302在安装时，对减震弹簧301施加一定预紧力，以起到负载装载过程中的水平方向限位作用，保持升降台230和支撑单元相互平行，保持卫星天线20面板下表面处于水平，避免在卫星天线20展开过程中连接铰链处产生多余应力，从而提高了地面零重力仿真实验的真实性和准确性。

需要说明的是，减震机构也可以为预紧柱302和弹性橡胶，同样可以起到减震效果，有效缓冲加载时引起的震动。

减震机构还能够消除喷气结构101加载产生的微振动，保证地面仿真的真实性和准确性。

如图1、图3所示，支撑单元包括底板410、第二步进电机421、传动组件422、天线转接板423和检测机构转接板424。

第二步进电机421通过传动组件422驱动天线转接板423在水平方向上移动；检测机构转接板424与天线转接板423连接，位移传感器500安装在检测机构转接板424上。检测机构转接板424与天线转接板423垂直，且检测机构转接板424背向卫星天线20。

具体地，导向柱106的另一端与底板410连接，第二步进电机421安装在底板410上，底板410上还设置有导轨425，导轨425沿水平方向延伸，天线转接板423与导轨425滑动连接，以使天线转接板423能够沿导轨425在水平方向移动。

第二步进电机421的输出端与传动组件422的输入端连接，传动组件422的输出端与天线转接板423连接。以使第二步进电机421能够驱动天线转接板423和位移传感器500沿导轨425在水平方向移动，实现在卫星天线20在水平方向方向上的调平，操作起来十分方便。

优选地，传动组件422可以为皮带轮传动结构驱动丝杠螺母结构传动，丝杠与皮带轮连接，该螺母与天线转接板423连接，第二步进电机421通过皮带轮传动结构和丝杠螺母驱动天线转接板423的水平方向移动。均为现有技术，这里为再赘述。

需要说明的是，传动组件422也可以采用链传动驱动丝杠螺母传动的形式；当然也可以采用齿轮传动驱动丝杠螺母的形式。均为现有技术，这里为再赘述。

位移传感器500为LDS-S-100-D0的激光位移传感器。

位移传感器500可以采用红外传感器，只要可以实现对零重力自调节气浮平台10所处高度的检测即可。位移传感器500用于检测支撑单元的实际高度数据，为整个零重力自调节气浮平台10的调平过程提供参数。

位移传感器500与天线转接板423通过检测机构转接板424连接，使小量程传感器可用于本设计工况下，并通过测量实际高度与检测机构转接板424长度核算真实距离。位移传感器500测量的为位移传感器500所在平面与地面之间的高度，位移传感器500与天线转接板423之间的高度为固定值，零重力自调节气浮平台10的高度为位移传感器检测的实际高度与位移传感器500与天线转接板423之间的固定高度的总和。

位移传感器500测得零重力自调节气浮平台10高度以后，为整个调节过程提供数据支持。支撑单元用于调整卫星天线20在水平方向方向上的质心偏移。第二步进电机421用于调节水平方向上天线转接板423的小行程，精度要求高，并且可以带有遮光式的限位开关，以便于控制天线转接板423的行程。第二步进电机421、传动组件422驱动天线转接板423移动，使得技术人员能够有效掌控零重力自调节气浮平台10在天线转接板423水平方向方向上的调节，结合高度调节装置完成竖直方向上的调节，对整个零重力自调节气浮平台10调节结果进行有效评估，操作起来十分方便。

如图2、图5所示，底座210和气足单元之间设置有压力传感器104，压力传感器104用于检测作用在零重力自调节气浮平台10上的压力。

具体地，压力传感器104用于检测卫星天线固定板30作用在零重力自调节气浮平台10的压力大小，天线转接板423与卫星天线固定板30的连接位置不同，作用在压力传感器104上的压力值不同，可以根据压力值的大小，判断卫星天线固定板30是否调平。

压力传感器104可以为施耐德SSB压力传感器。

气足单元包括承重板103，承重板103上设置有凹槽，压力传感器104安装在凹槽内部，其感应面朝上，压力传感器104便于检测压力传感器104上实时负载，实时监测整个零重力自调节气浮平台10所受负载的大小变化，为核算零重力自调节气浮平台10是否达到平衡状态提供判定数据，为整个控制系统提供调整的必要参数。

优选地，压力传感器104可选用力桥式压力传感器104，能够承受一定的偏载。

需要说明的是，压力传感器104也可以为其他型号的传感器，只要能够承受一定偏载即可。

压力传感器104与承重板103和底座210均采用螺栓组件连接。

如图5所示，气足单元包括喷气结构101和承重板103，喷气结构101与承重板103之间通过球铰杆102连接。

喷气结构101底部均设有数个喷气孔。

具体地，气足单元包括设置在承重板103底部的喷气结构101、喷气结构101与承重板103通过球铰杆102连接，使其他部分的非柔性部件不会卡死。球铰杆102的一端与承重板连接；球铰杆102的另一端为凸球面，喷气结构101上设置有与凸球面配合的凹球面，球铰杆102与喷气结构101上的凹球面连接。喷气结构101底部设有数个喷气孔。通过喷气孔向下喷气，使整个装置悬浮，平衡负载，使零重力自调节气浮平台10实现零重力的模拟环境。

优选地，喷气结构101的数量为两个、每个喷气结构101均与承重板103通过球铰杆102连接，且每一个喷气结构101底部均设有数个喷气孔。设有两个喷气结构101，保证装置水平，便于整个装置在测试时保持稳定。

承重板103的底部设置有多个交错布置的加强筋，且边部设置有下拉翻边，以保证强度和刚度，避免在加载后承重板103失效。承重板103采用底部设置加强筋和下拉翻边的设计，能够有效减小了零重力自调节气浮平台10高度，使结构更加紧凑。

如图6所示，本发明提供的零重力模拟系统，包括模拟墙50、铰链40、控制器60和多个的零重力自调节气浮平台10；多个零重力自调节气浮平台10与卫星天线固定板30的下端面连接，卫星天线固定板30上安装有卫星天线20；铰链40的一端与模拟墙50连接，铰链40的另一端连接卫星天线固定板30；控制器60分别与多个零重力自调节气浮平台10连接。

本实施例中，零重力自调节气浮平台10的数量为两个，分别为第一零重力自调节气浮平台10和第二零重力自调节气浮平台10，第一零重力自调节气浮平台10和第二零重力自调节气浮平台10均与卫星天线固定板30的下端面连接。第一零重力自调节气浮平台10包括第一压力传感器104、第一位移传感器500和第一高度调节装置，第一压力传感器104、第一位移传感器500和第一高度调节装置均与控制器60电连接；第二零重力自调节气浮平台10包括第二压力传感器104、第二位移传感器500和第二高度调节装置，第二压力传感器104、第二位移传感器500和第二高度调节装置均与控制器60电连接。控制器60能够获取第一压力传感器104、第二压力传感器104、第一位移传感器500和第二位移传感器500的数据信息，并向第一高度调节装置和第二高度调节装置发送控制指令，从而调节第一零重力自调节气浮平台10和第二零重力自调节气浮平台10的高度。

零重力模拟系统的调节步骤如下：

步骤1：将两个零重力自调节气浮平台10分别与卫星天线固定板30的下端面连接，并将卫星天线固定板30重心调节于两个零重力自调节气浮平台的中间10位置；

步骤2：利用两个零重力自调节气浮平台10将卫星天线固定板30和卫星天线20悬浮；

步骤3：将铰链40与卫星天线固定板30连接；

步骤4：通过控制器60改变零重力自调节气浮平台10的高度，以调节两个压力传感器104上的压力值到设定的范围内，完成零重力模拟系统的调节。

如图6所示，在第一位移传感器与地面之间的距离为S1，卫星天线固定板30的下端面与第一位移传感器之间的距离为K1，在第一零重力自调节气浮平台处，卫星天线20的下端与卫星天线固定板30下端面之间的距离为A1；第二位移传感器与地面之间的距离为S2，卫星天线固定板30的下端面与第二位移传感器之间的距离为K2，在第二零重力自调节气浮平台处，卫星天线20的下端与卫星天线固定板30下端面之间的距离为A2；其中S1和S2分别由第一位移传感器和第二位移传感器检测获得，其中，K1、K2、A1和A2为固定值，可以用手动测量获得。

卫星天线固定板30和卫星天线20的总重为G。

铰链40距地面的高度为L。

首先，将第一零重力自调节气浮平台和第二零重力自调节气浮平台分别与卫星天线固定板30的上端面连接，第一高度调节装置与第二高度调节装置分别动作，分别调节第一零重力自调节气浮平台和第二零重力自调节气浮平台的高度，以使卫星天线固定板30的下端面水平。随后，调节两个零重力自调节气浮平台与卫星天线固定板30在水平方向的连接位置，以使卫星天线固定板30的重心在两个零重力自调节气浮平台的中间位置，即第一压力传感器和第二压力传感器的压力数值相等。

其次，利用气足单元将卫星天线固定板30和卫星天线20悬浮，以使卫星天线固定板30上与铰链40安装部位的高度与铰链40的高度平齐，以方便工作人员将卫星天线固定板30与铰链40安装。

所述将铰链40与其在卫星天线固定板30上的安装位置调整平齐的步骤包括：分别调节第一零重力自调节气浮平台和第二零重力自调节气浮平台的高度，即满足S1+K1+A1＝S2+K2+A2，以使卫星天线20的下端面水平。手动测量铰链40与卫星天线20下端面之间的距离为D，并将该值输入到控制器60中，控制器60分别向第一高度调节装置和第二高度调节装置发送控制信号，第一高度调节装置和第二高度调节装置根据控制信号同时动作，调节S1和S2，以使S1+K1+A1+D＝S2+K2+A2+D＝L，从而将铰链40与卫星天线固定板30上的安装位置的高度调整平齐，从而方便将铰链40与卫星天线固定板30连接。

最后，将与模拟墙50连接的铰链40与卫星天线固定板30连接，卫星天线固定板30和卫星天线20的重力分别作用在第一压力传感器和第二压力传感器上，第一压力传感器的压力为F1，第二压力传感器的压力为F2。

第一压力传感器和第二压力传感器将压力数值发送给控制器60，当αG≤F1+F2≤βG时，零重力模拟系统调节完成。α和β为修改参数，其中α＜1；β＞1，工作人员也可以根据需要选择。

由于上述手动测量不可避免地存在一定的误差，当卫星天线固定板30与铰链40安装后，铰链40会对卫星天线固定板30有一个向下或向上的拉力。当αG≥F1+F2或者F1+F2≥βG时，控制器60分别向第一高度调节装置和第二高度调节装置发送控制指令，同时调节S1和S2，从而调节F1和F2的大小，直到F1和F2满足αG≤F1+F2≤βG时，零重力模拟系统调节完成。

当铰链40对卫星天线固定板30有一个向下的拉力F3时，拉力F3与卫星天线固定板30和卫星天线20的总重量G的总和等于第一压力传感器的压力值F1和第二压力传感器的压力值F2的和，即F1+F2＝G+F3。

当铰链40对卫星天线固定板30有一个向上的拉力F4时，拉力F4与第一压力传感器的压力值F1和第二压力传感器的压力值F2的总和等于卫星天线固定板30和卫星天线20的总重量G，即F1+F2＝G-F4。

需要说明的是，当铰链40对卫星天线固定板30有一个向下的拉力时，又满足F1+F2≥βG时，控制器60向第一高度调节装置和第二高度调节装置发送控制指令，以使S1和S2同时减小，第一零重力自调节气浮平台和第二零重力自调节气浮平台的高度降低，卫星天线固定板30和卫星天线20作用在第一压力传感器和第二压力传感器上的力F1和F2会改变，当满足αG≤F1+F2≤βG时，零重力模拟系统调节完成。

当铰链40对卫星天线固定板30有一个向上的拉力时，又满足αG≥F1+F2时，控制器60向第一高度调节装置和第二高度调节装置发送控制指令，以使S1和S2同时增大，第一零重力自调节气浮平台和第二零重力自调节气浮平台的高度升高，卫星天线固定板30和卫星天线20作用在第一压力传感器和第二压力传感器上的力F1和F2会改变，当满足αG≤F1+F2≤βG时，零重力模拟系统调节完成。

需要说明的是，高度或距离数据保留1位小数处理，即精度为0.1mm；质量或重量数据保留到整数，即精度为1N。

综上所述，本发明提供的零重力模拟系统解决了传统卫星天线20展开系统地面零重力试验必须人工式调整的约束，能够利用控制系统实现自动调平。技术人员只需设定零重力自调节气浮平台10的初始高度，即可通过控制系统实现自动调平，调平精度大大提高，并且能够为对最终卸载效率的定量评估提供数据。这极大地提高了零重力模拟试验的调节速度和精度，并且能够对地面模拟效果进行有效的卸载效率评估，使得地面试验具有更高的准确性和可靠性。因此该装置能够满足现在以及未来超大型的卫星天线展开系统地面零重力试验的迫切需求，对航天工业有着重要的科学价值。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种零重力自调节气浮平台，其特征在于，所述零重力自调节气浮平台包括气足单元、高度调节装置和支撑单元，所述高度调节装置分别与所述气足单元和所述支撑单元连接，所述高度调节装置能够调节所述气足单元与所述支撑单元之间的距离；

零重力自调节气浮平台包括位移传感器，所述位移传感器与所述支撑单元连接；所述高度调节装置与所述位移传感器连接，所述位移传感器能够检测所述支撑单元的高度数据，并将所述高度数据传输给所述高度调节装置，所述高度调节装置根据接收到的所述高度数据调节所述支撑单元与所述气足单元之间的距离，以使所述支撑单元移动至预设高度。

2.根据权利要求1所述的零重力自调节气浮平台，其特征在于，所述高度调节装置包括底座、升降台和丝杠升降机，所述底座和所述气足单元连接，所述升降台和所述支撑单元连接；

所述丝杠升降机安装在所述底座上，所述升降台与所述丝杠升降机的活动端连接。

3.根据权利要求2所述的零重力自调节气浮平台，其特征在于，所述丝杠升降机包括第一步进电机、小带轮、大带轮、同步带、滚珠丝杠和螺母；

所述第一步进电机的输出端与所述小带轮连接，用于驱动所述小带轮转动，所述小带轮通过所述同步带与所述大带轮连接，所述滚珠丝杠的一端与所述大带轮连接，所述螺母套设在所述滚珠丝杠上，且能够沿所述滚珠丝杠的轴线方向移动，所述螺母与所述升降台固定连接。

4.根据权利要求3所述的零重力自调节气浮平台，其特征在于，所述滚珠丝杠包括螺纹部与连接部，所述丝杠升降机包括抱闸器，所述抱闸器与所述连接部连接，当所述第一步进电机断电时，所述抱闸器用于锁紧所述滚珠丝杠；

所述螺母套设在所述螺纹部上。

5.根据权利要求2所述的零重力自调节气浮平台，其特征在于，所述底座和所述升降台之间设置有导向柱，所述导向柱一端与所述底座连接，所述导向柱与所述升降台滑动连接。

6.根据权利要求5所述的零重力自调节气浮平台，其特征在于，所述升降台和所述支撑单元之间设置有减震机构。

7.根据权利要求6所述的零重力自调节气浮平台，其特征在于，所述减震机构包括减震弹簧和预紧柱，所述预紧柱的一端与所述升降台滑动连接；所述预紧柱的另一端与所述支撑单元连接；

所述减震弹簧套接在所述预紧柱上，所述减震弹簧的一端与所述支撑单元抵接，所述减震弹簧的另一端与所述升降台抵接。

8.根据权利要求7所述的零重力自调节气浮平台，其特征在于，所述支撑单元包括底板、第二步进电机、传动组件、天线转接板和检测机构转接板；

所述第二步进电机通过所述传动组件驱动所述天线转接板在水平方向上移动；所述检测机构转接板与所述天线转接板连接，所述位移传感器安装在所述检测机构转接板上。

9.根据权利要求2所述的零重力自调节气浮平台，其特征在于，所述底座和所述气足单元之间设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测作用在所述零重力自调节气浮平台上的压力。

10.一种零重力模拟系统，其特征在于，包括模拟墙、铰链、控制器和多个如权利要求1-9任一项所述的零重力自调节气浮平台；

多个所述零重力自调节气浮平台与卫星天线固定板的下端面连接，所述卫星天线固定板上安装有卫星天线；所述铰链的一端与所述模拟墙连接，所述铰链的另一端连接卫星天线固定板；所述控制器分别与多个所述零重力自调节气浮平台连接。