CN110758782A - 天线微重力模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的天线微重力模拟系统，属于天线微重力模拟领域。本发明包括磁悬浮板、磁悬浮气足、吊绳、滑轮、配重块、天线。地面微重力模拟实验对象为天线。配重块用于对天线的重力卸载。磁悬浮板与磁悬浮气足产生用于使磁悬浮气足吸附在磁悬浮板表面的磁吸力。采用磁气悬浮吊挂装置，根据天线展收运动状态，重力卸载的配重块能够随动式沿着磁悬浮板表面任意方向运动，而不是沿固定的导轨运动，完成对整个天线结构的重力卸载，重力卸载的精度高，微重力模拟的效果更接近天线在轨工作的真实状态。本发明能满足不同数量重力卸载点和不同重力卸载位置的天线微重力模拟要求，也能适应不同尺寸的天线，普适性较好。

Description

天线微重力模拟系统

技术领域

本发明涉及天线微重力模拟系统，尤其涉及各类型空间天线在任意展收运动状态下的高精度微重力模拟系统，属于天线微重力模拟领域。

背景技术

随着航天技术的不断发展，各类大型空间可展开天线的应用越来越广泛。目前，国内对天线的地面微重力模拟实验常用的是吊绳法，它的原理是通过柔性索将天线吊挂，使得柔性索的张力始终和结构的重力相等，从而实现对物体的重力的卸载。目前吊绳法的分为两种：主动重力平衡法和被动重力平衡法。随着对各类型卫星采集和发送信号的高效率高精度的要求，天线的应用越来越得到航天领域的重视。但天线结构和展收运动较复杂，尺寸范围也较大，在进行地面微重力模拟实验时，现有天线微重力模拟装置的重力卸载的配重通常只能沿固定导轨移动，而且对天线运动过程控制上相对复杂，重力卸载精度不高。此外，现有天线微重力模拟装置的普适性不好，通常一套系统只能对一类天线进行重力卸载等等，有很多尚未得到很好解决的问题存在，因此对天线的微重力模拟装置还有更高要求。

发明内容

本发明公开的天线微重力模拟系统要解决的技术问题是：采用磁气悬浮吊挂装置，根据天线展收运动状态，重力卸载的配重块能够随动式沿着磁悬浮板表面任意方向运动，而不是沿固定的导轨运动，重力卸载的精度高，微重力模拟的效果更接近天线在轨工作的真实状态。本发明能满足不同数量重力卸载点和不同重力卸载位置的天线微重力模拟要求，也能适应不同尺寸的天线，普适性较好。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的天线微重力模拟系统，包括磁悬浮板、磁悬浮气足、吊绳、滑轮、配重块、天线。地面微重力模拟实验对象为天线。配重块用于对天线的重力卸载。磁悬浮板与磁悬浮气足产生用于使磁悬浮气足吸附在磁悬浮板表面的磁吸力。当高压气体进入磁悬浮气足后，磁悬浮气足底部与磁悬浮板表面产生的高压气膜使磁悬浮气足消除摩擦实现悬浮，从而使磁悬浮气足沿着磁悬浮板表面无摩擦多方向悬浮移动。悬吊式磁悬浮气足下端与滑轮相连，柔性的吊绳穿过滑轮，一端与配重块相连，另一端与天线上的重力卸载点相连，调整配重块的质量和磁悬浮气足在磁悬浮板上的位置布局，完成对整个天线结构的重力卸载。

作为优选，所述磁悬浮板选用钢板，并对钢板表面做光滑处理。钢板能与磁性材料产生磁吸力，钢的应用广泛，制作成本低，而且钢制材料的整体刚度较大，能够提高装置的负载能力。

作为优选，磁悬浮气足为磁气复合式磁悬浮气足，包括吊环、套轴、出气口、磁块、进气口。所述磁块用于使所述的磁气复合式磁悬浮气足产生磁吸力。出气口与磁块通过组装后由套轴紧密套连固定，套轴上安装吊环。所述套轴、出气口、磁块、进气口形成用于容纳高压气体的空间。出气口是由密集的微小气孔组成的，高压气体通过进气口进入容纳高压气体的空间后，经由出气口上的密集气孔在磁气复合式磁悬浮气足底面与磁悬浮板接触面之间产生高压气膜，通过高压气膜消除磁气复合式磁悬浮气足底面与磁悬浮板接触面之间的摩擦，实现无摩擦悬浮。

为了便于加工和组装，并提高磁气复合式磁悬浮气足的气密性，作为优选，套轴、出气口、磁块、进气口紧密组成一个同心圆柱体。

作为优选，根据不同的使用需求，通过调节出气口处的微小气孔的尺寸、形状、数量实现适应不同实验对气浮的要求。出气口和磁块采用不同尺寸、形状与安装位置，吊环的不同数量与位置布局也能适应不同类型天线的安装、运动、载荷的使用需求，增大适用范围。

磁悬浮气足沿着磁悬浮板表面无摩擦多方向悬浮移动，因此磁悬浮板的尺寸不受限制，作为优选，磁悬浮板的尺寸根据悬吊的天线尺寸和重量需求制定，所述尺寸包括长、宽、高，通过调节磁悬浮板的尺寸，使所述的天线微重力模拟系统不仅适用于小尺寸悬吊目标装置，尤其适用于大尺寸的桁架类天线的重力卸载，提高负载能力，实现大尺寸的桁架类天线在轨工作状态的高精度地面微重力模拟。

作为优选，根据悬吊的天线尺寸、重量和结构需求，磁悬浮气足的数量和布局可调，满足各类型空间天线在任意展收运动状态下的吊挂要求，并有效保证模拟试验的精度和准确性。

作为优选，通过调节供给磁悬浮气足的气压和磁悬浮气足的尺寸和结构满足不同天线对气浮的要求，适应不同载荷。

本发明公开的天线微重力模拟系统的工作方法为：根据各类型空间天线在任意展收运动状态下的地面微重力模拟实验需求，所述的磁悬浮板通过支撑或者悬吊的方式置于空中，磁悬浮气足中的磁块能与磁悬浮板产生磁吸力，并通过磁吸力吸附悬吊于磁悬浮板上。悬吊式磁悬浮气足的下端与滑轮相连，柔性的吊绳穿过滑轮，一端与配重块相连，另一端与天线上的重力卸载点相连，调整配重块的质量、磁悬浮气足在磁悬浮板上的位置布局和调节吊绳的长短，使天线在展收运动过程中配重块与天线不会发生相互干涉；根据需要选择重力卸载点的数量，完成对整个天线结构的重力卸载。当高压气体进入磁悬浮气足后，磁悬浮气足底部与磁悬浮板表面产生的高压气膜使磁悬浮气足与被悬挂物能够消除摩擦实现悬浮，从而使磁悬浮气足沿着磁悬浮板表面无摩擦多方向悬浮移动。天线的随着磁悬浮气足与磁悬浮板实现随动式移动。根据天线结构计算出需要卸载的重力值，并以此调整重力卸载的配重块质量，根据需求调节给磁悬浮气足供气的气压大小。用于天线重力卸载的配重块悬挂在悬浮气足下方，在天线的收拢和展开运动过程中，这些配重块在天线的带动下，沿着平面缓慢跟随移动，并调整位置，实现配重块和对应的悬吊点在平面内的三自由度的运动，保证天线在展收过程中任意时刻的重力卸载精度，完成天线在轨工作状态的地面微重力模拟。

所述的磁悬浮板的不同尺寸规格和安装位置，不同长度的吊绳和不同质量的配重块，以及不同数量的磁悬浮气足和位置布局，能使所述系统高精度地完成天线的重力卸载，模拟的效果更接近天线的真实在轨工作状态，而且所述的天线微重力模拟系统适用于不同尺寸和不同结构的天线的微重力模拟，普适性好。

有益效果：

1.本发明公开的天线微重力模拟系统，创新地将磁悬浮原理应用于天线地面微重力模拟实验领域，实现对天线在运动过程中的重力卸载，通过磁气悬浮吊挂装置，高精度模拟天线在轨工作的微重力状态。

2.本发明公开的天线微重力模拟系统，磁悬浮气足沿着磁悬浮板表面无摩擦多方向悬浮移动，使用于天线重力卸载，悬挂在悬浮气足下方的配重块能随天线的展收实现随动式移动，保证天线在展收过程中任意时刻的重力卸载精度，完成天线在轨工作状态的地面微重力模拟。

3.本发明公开的天线微重力模拟系统，通过对磁悬浮板的尺寸规格、吊绳长度、配重块质量以及卸载点数量与布局等方面的调整，满足不同类型不同尺寸的天线微重力模拟，普适性较好。

4.本发明公开的天线微重力模拟系统，磁悬浮气足沿着磁悬浮板表面无摩擦多方向悬浮移动，而且磁悬浮板的尺寸不受限制，磁悬浮板的尺寸根据悬吊的天线尺寸和重量需求制定，所述尺寸包括长、宽、高。通过调节磁悬浮板的尺寸和磁悬浮气足的数量和布局，使所述的天线微重力模拟系统不仅适用于小尺寸悬吊目标装置，尤其适用于大尺寸的桁架类天线的重力卸载，提高负载能力。而且满足各类型空间天线在任意展收运动状态下的吊挂要求，有效保证模拟试验的精度和准确性

5.本发明公开的天线微重力模拟系统，当所述磁悬浮板选用钢板，能够提高所述磁气悬浮吊挂装置的刚性，此外，通过调节磁悬浮板长、宽、高三个尺寸及磁悬浮气足尺寸，提高所述磁气悬浮吊挂装置的负载能力，而且操作简易，使用灵活，安全可靠，并有能够效保证模拟试验的精度和准确性。

6.本发明公开的天线微重力模拟系统，通过调节供给磁悬浮气足的气压大小和磁悬浮气足的尺寸和结构满足不同类型天线对微重力模拟的要求，适应不同载荷，增大适用范围。整个系统操作简易，使用灵活，安全可靠。

附图说明

图1—本发明实施例的示意图1

1—磁悬浮钢板，2—气足，3—吊绳，4—滑轮，5—配重块，6—天线。

图2—本发明实施例的示意图2

图3—磁气复合式磁悬浮气足的示意图1

2.1—吊环，2.2—套轴，2.5—进气口。

图4—磁气复合式磁悬浮气足的示意图2

2.2—套轴，2.3—出气口，2.4—磁块。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例1：

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例公开的天线微重力模拟系统包括磁悬浮板1、磁悬浮气足2、吊绳3、滑轮4、配重块5、天线6。地面微重力模拟实验对象为天线6。配重块5用于对天线的重力卸载。磁悬浮板1与磁悬浮气足2产生用于使磁悬浮气足2吸附在磁悬浮板1表面的磁吸力。当高压气体进入磁悬浮气足2后，磁悬浮气足2底部与磁悬浮板1表面产生的高压气膜使磁悬浮气足2消除摩擦实现悬浮，从而使磁悬浮气足2沿着磁悬浮板1表面无摩擦多方向悬浮移动。悬吊式磁悬浮气足2下端与滑轮4相连，柔性的吊绳3穿过滑轮4，一端与配重块5相连，另一端与天线6上的重力卸载点相连，调整配重块5的质量和磁悬浮气足2在磁悬浮板1上的位置布局，完成对整个天线6结构的重力卸载。

所述磁悬浮板1选用钢板，并对钢板表面做光滑处理。钢板能与磁性材料产生磁吸力，钢的应用广泛，制作成本低，而且钢制材料的整体刚度较大，提高装置的负载能力。

磁悬浮气足2选择的是一种磁气复合式磁悬浮气足，包括吊环2.1、套轴2.2、出气口2.3、磁块2.4、进气口2.5。所述磁块2.4用于使所述的磁气复合式磁悬浮气足2产生磁吸力。出气口2.3与磁块2.4通过组装后由套轴2.2紧密套连固定，套轴2.2上安装吊环2.1。所述套轴2.2、出气口2.3、磁块2.4、进气口2.5形成用于容纳高压气体的空间。出气口2.3是由密集的微小气孔组成的，高压气体通过进气口2.5进入容纳高压气体的空间后，经由出气口2.3上的密集气孔在磁气复合式磁悬浮气足2底面与磁悬浮板1接触面之间产生高压气膜，通过高压气膜消除磁气复合式磁悬浮气足2底面与磁悬浮板1接触面之间的摩擦，实现无摩擦悬浮。

为了便于加工和组装，并提高磁气复合式磁悬浮气足2的气密性，套轴2.2、出气口2.3、磁块2.4、进气口2.5紧密组成一个同心圆柱体。

根据不同的使用需求，通过调节出气口2.3处的微小气孔的尺寸、形状、数量实现适应不同实验对气浮的要求。出气口2.3和磁块2.4采用不同尺寸、形状与安装位置，吊环2.1的不同数量与位置布局也能适应不同类型天线6的安装、运动、载荷的使用需求，增大适用范围。

磁悬浮气足2沿着磁悬浮板1表面无摩擦多方向悬浮移动，因此磁悬浮板1的尺寸不受限制，磁悬浮板1的尺寸根据悬吊的天线6尺寸和重量需求制定，所述尺寸包括长、宽、高，通过调节磁悬浮板1的尺寸，使所述的天线微重力模拟系统不仅适用于小尺寸悬吊目标装置，尤其适用于大尺寸的桁架类天线6的重力卸载，提高负载能力，实现大尺寸的桁架类天线6在轨工作状态的高精度地面微重力模拟。

根据悬吊的天线6尺寸、重量和结构需求，磁悬浮气足2的数量和布局可调，满足各类型空间天线6在任意展收运动状态下的吊挂要求，并有效保证模拟试验的精度和准确性。

通过调节供给磁悬浮气足2的气压和磁悬浮气足2的尺寸和结构满足不同天线6对气浮的要求，适应不同载荷。

本实施例公开的天线微重力模拟系统的工作方法为：根据各类型空间天线6在任意展收运动状态下的地面微重力模拟实验需求，所述的磁悬浮板1通过支撑或者悬吊的方式置于空中，磁悬浮气足2中的磁块2.4能与磁悬浮板1产生磁吸力，并通过磁吸力吸附悬吊于磁悬浮板1上。悬吊式磁悬浮气足2的下端与滑轮4相连，柔性的吊绳3穿过滑轮4，一端与配重块5相连，另一端与天线6上的重力卸载点相连，调整配重块5的质量、磁悬浮气足2在磁悬浮板1上的位置布局和调节吊绳3的长短，使天线6在展收运动过程中配重块5与天线6不会发生相互干涉；根据需要选择重力卸载点的数量，完成对整个天线6结构的重力卸载。当高压气体进入磁悬浮气足2后，磁悬浮气足2底部与磁悬浮板1表面产生的高压气膜使磁悬浮气足2与被悬挂物能够消除摩擦实现悬浮，从而使磁悬浮气足2沿着磁悬浮板1表面无摩擦多方向悬浮移动。天线6的随着磁悬浮气足2与磁悬浮板1实现随动式移动。根据天线6结构计算出需要卸载的重力值，并以此调整重力卸载的配重块5质量，根据需求调节给磁悬浮气足2供气的气压大小。用于天线6重力卸载的配重块5悬挂在悬浮气足2下方，在天线6的收拢和展开运动过程中，这些配重块5在天线6的带动下，沿着平面缓慢跟随移动，并调整位置，实现配重块5和对应的悬吊点在平面内的三自由度的运动，保证天线6在展收过程中任意时刻的重力卸载精度，完成天线6在轨工作状态的地面微重力模拟。

所述的磁悬浮板1的不同尺寸规格和安装位置，不同长度的吊绳3和不同质量的配重块5，以及不同数量的磁悬浮气足2和位置布局，能使所述系统高精度地完成天线6的重力卸载，模拟的效果更接近天线6的真实在轨工作状态，而且所述的天线微重力模拟系统可用于不同尺寸和不同结构的天线6的微重力模拟，普适性好。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.天线微重力模拟系统，其特征在于：包括磁悬浮板(1)、磁悬浮气足(2)、吊绳(3)、滑轮(4)、配重块(5)、天线(6)；地面微重力模拟实验对象为天线(6)；配重块(5)用于对天线的重力卸载；磁悬浮板(1)与磁悬浮气足(2)产生用于使磁悬浮气足(2)吸附在磁悬浮板(1)表面的磁吸力；当高压气体进入磁悬浮气足(2)后，磁悬浮气足(2)底部与磁悬浮板(1)表面产生的高压气膜使磁悬浮气足(2)消除摩擦实现悬浮，从而使磁悬浮气足(2)沿着磁悬浮板(1)表面无摩擦多方向悬浮移动；悬吊式磁悬浮气足(2)下端与滑轮(4)相连，柔性的吊绳(3)穿过滑轮(4)，一端与配重块(5)相连，另一端与天线(6)上的重力卸载点相连，调整配重块(5)的质量和磁悬浮气足(2)在磁悬浮板(1)上的位置布局，完成对整个天线(6)结构的重力卸载。

2.如权利要求1所述的天线微重力模拟系统，其特征在于：所述磁悬浮板(1)选用钢板，并对钢板表面做光滑处理；钢板用于与磁性材料产生磁吸力，而且钢制材料的整体刚度较大，能够提高装置的负载能力。

3.如权利要求1或2所述的天线微重力模拟系统，其特征在于：磁悬浮气足(2)选择的为磁气复合式磁悬浮气足，包括吊环(2.1)、套轴(2.2)、出气口(2.3)、磁块(2.4)、进气口(2.5)；所述磁块(2.4)用于使所述的磁气复合式磁悬浮气足(2)产生磁吸力；出气口(2.3)与磁块(2.4)通过组装后由套轴(2.2)紧密套连固定，套轴(2.2)上安装吊环(2.1)；所述套轴(2.2)、出气口(2.3)、磁块(2.4)、进气口(2.5)形成用于容纳高压气体的空间；出气口(2.3)是由密集的微小气孔组成的，高压气体通过进气口(2.5)进入容纳高压气体的空间后，经由出气口(2.3)上的密集气孔在磁气复合式磁悬浮气足(2)底面与磁悬浮板(1)接触面之间产生高压气膜，通过高压气膜消除磁气复合式磁悬浮气足(2)底面与磁悬浮板(1)接触面之间的摩擦，实现无摩擦悬浮。

4.如权利要求3所述的天线微重力模拟系统，其特征在于：为了便于加工和组装，并提高磁气复合式磁悬浮气足(2)的气密性，套轴(2.2)、出气口(2.3)、磁块(2.4)、进气口(2.5)紧密组成一个同心圆柱体。

5.如权利要求4所述的天线微重力模拟系统，其特征在于：根据不同的使用需求，通过调节出气口(2.3)处的微小气孔的尺寸、形状、数量实现适应不同实验对气浮的要求；出气口(2.3)和磁块(2.4)采用不同尺寸、形状与安装位置，吊环(2.1)的不同数量与位置布局也能适应不同类型天线(6)的安装、运动、载荷的使用需求，增大适用范围。

6.如权利要求5所述的天线微重力模拟系统，其特征在于：磁悬浮气足(2)沿着磁悬浮板(1)表面无摩擦多方向悬浮移动，因此磁悬浮板(1)的尺寸不受限制，磁悬浮板(1)的尺寸根据悬吊的天线(6)尺寸和重量需求制定，所述尺寸包括长、宽、高，通过调节磁悬浮板(1)的尺寸，使所述的天线微重力模拟系统不仅适用于小尺寸悬吊目标装置，尤其适用于大尺寸的桁架类天线(6)的重力卸载，提高负载能力，实现大尺寸的桁架类天线(6)在轨工作状态的高精度地面微重力模拟。

7.如权利要求6所述的天线微重力模拟系统，其特征在于：根据悬吊的天线(6)尺寸、重量和结构需求，磁悬浮气足(2)的数量和布局可调，满足各类型空间天线(6)在任意展收运动状态下的吊挂要求，并有效保证模拟试验的精度和准确性。

8.如权利要求7所述的天线微重力模拟系统，其特征在于：通过调节供给磁悬浮气足(2)的气压和磁悬浮气足(2)的尺寸和结构满足不同天线(6)对气浮的要求，适应不同载荷。

9.如权利要求8所述的天线微重力模拟系统，其特征在于：工作方法为：根据各类型空间天线(6)在任意展收运动状态下的地面微重力模拟实验需求，所述的磁悬浮板(1)通过支撑或者悬吊的方式置于空中，磁悬浮气足(2)中的磁块(2.4)能与磁悬浮板(1)产生磁吸力，并通过磁吸力吸附悬吊于磁悬浮板(1)上；悬吊式磁悬浮气足(2)的下端与滑轮(4)相连，柔性的吊绳(3)穿过滑轮(4)，一端与配重块(5)相连，另一端与天线(6)上的重力卸载点相连，调整配重块(5)的质量、磁悬浮气足(2)在磁悬浮板(1)上的位置布局和调节吊绳(3)的长短，使天线(6)在展收运动过程中配重块(5)与天线(6)不会发生相互干涉；根据需要选择重力卸载点的数量，完成对整个天线(6)结构的重力卸载；当高压气体进入磁悬浮气足(2)后，磁悬浮气足(2)底部与磁悬浮板(1)表面产生的高压气膜使磁悬浮气足(2)与被悬挂物能够消除摩擦实现悬浮，从而使磁悬浮气足(2)沿着磁悬浮板(1)表面无摩擦多方向悬浮移动；天线(6)的随着磁悬浮气足(2)与磁悬浮板(1)实现随动式移动；根据天线(6)结构计算出需要卸载的重力值，并以此调整重力卸载的配重块(5)质量，根据需求调节给磁悬浮气足(2)供气的气压大小；用于天线(6)重力卸载的配重块(5)悬挂在悬浮气足(2)下方，在天线(6)的收拢和展开运动过程中，这些配重块(5)在天线(6)的带动下，沿着平面缓慢跟随移动，并调整位置，实现配重块(5)和对应的悬吊点在平面内的三自由度的运动，保证天线(6)在展收过程中任意时刻的重力卸载精度，完成天线(6)在轨工作状态的地面微重力模拟。

10.如权利要求9所述的天线微重力模拟系统，其特征在于：所述的磁悬浮板(1)的不同尺寸规格和安装位置，不同长度的吊绳(3)和不同质量的配重块(5)，以及不同数量的磁悬浮气足(2)和位置布局，使所述系统高精度地完成天线(6)的重力卸载，模拟的效果更接近天线(6)的真实在轨工作状态，而且所述的天线微重力模拟系统适用于不同尺寸和不同结构的天线(6)的微重力模拟，普适性好。

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