CN110871912B - 周向可展开结构的杆系组合卸载系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大型空间周向可展开结构的地面零重力试验的杆系卸载系统，包含轻质悬挂杆、绳索、配重、伸缩调节套筒、T型套筒等，通过杆系和配重的组合完成可展开结构重力的有效卸载，轻质悬挂杆在可展结构从展开初态到末态的过程中均绕各自的悬挂点旋转，在展开过程中使得悬挂的结构节点沿其初态和末态的连线方向做周向扩展运动，每一套杆系组合系统对结构的卸载点进行等效的重力卸载，即每一套杆系组合系统保证每一个卸载点的运动平稳性，避免了整体的卸载系统中局部卸载点对整体系统的干扰。本卸载系统的组成部件间无相对滑动等现象，因此消除了摩擦力对可展结构的展开运动带来的影响。

Description

周向可展开结构的杆系组合卸载系统
技术领域
本发明提供一种周向可展开结构的地面卸载系统，主要应用于大型可展开结构的地面零重力展开试验及测量，属于机械技术领域。
背景技术
为满足空间科学及通信技术的发展需求,空间结构朝着尺寸大、精度高、可控性好等方面发展。其中空间可展结构，如空间可展开太阳能帆板、桁架系统、天线结构的产生大大提高了航天发射能力。由于可展结构发射入轨前在发射仓内处于收纳状态，发射入轨后需要经历展开过程以达到工作状态。为保证空间可展结构在轨能够顺利安全地展开，需要在地面上对其进行零重力展开试验等相关的性能测试。
大型空间可展结构的地面卸载系统主要是实现结构在地面展开试验过程中零重力的目的以模拟可展结构的空间展开无重力的环境。
现有的空间可展结构的地面零重力试验的吊装系统主要采用重力补偿的方式来实现结构的部分重力卸载或全部重力卸载，主要有导轨滑动系统、吊装系统以及气球悬挂系统等。大型可展结构的导轨滑动系统主要是根据结构的节点展开运动轨迹在天花板上铺设导轨，每根导轨滑动着一根竖直的细绳连接结构的节点，通过结构的运动带动细绳在导轨上滑动。该系统具有制造成本昂贵，摩擦力比较大，无法满足运动轨迹比较复杂的展开结构需求等方面的缺陷。吊装系统(专利申请号：201010575012.9)主要通过中心支撑杆以及绳索牵引配重的方式完成多点卸载，形成以升降杆为中心的圆锥面展开支撑结构。该卸载系统具有摩擦力大，只能提供从中心向四周展开运动结构的重力卸载。气球悬挂卸载系统(专利申请号：201220668202.X；201410074973.X)通过悬挂氦气球的方式对可展结构进行重力卸载。该类卸载系统具有不稳定性、受空间限制、受干扰因素多等缺陷。
随着空间高精度、大尺寸的可展结构的产生，对地面试验卸载系统提出了更高的要求。对于通过形状记忆复合结构等部件展开的结构，具有展开速度慢、展开力小、展开精度高等特点，在地面展开试验时对卸载系统的要求更加苛刻，不仅要求消除摩擦力对展开的影响，还要保证卸载的充分性以避免对测量造成较大的影响。
现有的空间可展开结构的地面试验卸载系统具有的缺陷如下：
(1)摩擦力较大且制造成本昂贵。导轨卸载系统以及吊装系统由于接触滑动的部位较多，给可展结构的展开带来了一定的阻力，干扰判断影响结构展开的因素。
(2)稳定性较差。气球悬挂卸载系统具有不稳定性、受空间限制、受干扰因素多等缺陷。
(3)无法满足具有复杂运动轨迹的可展结构的需求。目前的卸载系统只能满足运动轨迹简单，如导轨卸载系统的直线运动轨迹；无法满足具有复杂运动轨迹的可展结构，如大柔性结构的复杂运动。
(4)不适应于大尺寸、高精度的可展结构。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种大型空间可展开结构的地面零重力试验卸载系统。
本发明设计的一种大型空间可展开结构的地面零重力试验的杆系卸载系统，包括配重、下层轻质悬挂杆、上层轻质悬挂杆、绳索、轻质软弹簧、T型套筒、伸缩调节套筒；所述下层轻质悬挂杆、上层轻质悬挂杆、绳索和配重组成卸载系统的主体部分，上层轻质悬挂杆的中间位置通过绳索悬挂于天花板上，上层轻质悬挂杆的两端通过绳索与配重和下层轻质悬挂杆的中间位置相连；所述下层轻质悬挂杆的两端通过绳索与配重和结构的节点相连，下层轻质悬挂杆与结构节点相连的绳索中间增加一个轻质软弹簧；所述T型套筒使得绳索在套筒口的位置产生一个横向张力，具有使得轻质悬挂杆不会产生过大的倾斜而侧翻的作用所述伸缩调节套筒可以微调轻质悬挂杆两端悬挂点间的距离，以保证轻质悬挂杆水平以及吊挂绳索竖直的需求。
优选的，下层轻质悬挂杆和上层的轻质悬挂杆在可展结构从展开初态到终态的过程中均绕各自的悬挂点旋转一定的角度(可相同，可不同，由杆子的长度比决定)，其旋转的方向根据初始的挠动情况而定，使得悬挂的结构节点从其初态点向末态点进行任何轨迹的运动。
优选的，连接结构节点和卸载吊挂系统的轻质软弹簧具有很好的协调能力，在结构展开过程中出现较大振荡时通过自身长度的变化控制悬挂点的上下浮动，保证卸载系统整体的平稳与协调。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明采用杆系配重组合的方式对空间可展结构进行重力卸载，可展结构的每一个重力卸载节点均为一套独立的杆系组合系统。
2.每一套杆系组合系统对结构的卸载点进行等效的重力卸载，即每一套杆系组合系统保证每一个卸载点的运动平稳性，避免了整体的卸载系统中局部卸载点对整体系统的干扰。
3.本发明卸载系统的组成部件间无相对滑动等现象，因此消除了摩擦力对可展结构的展开运动带来的影响。通过单独或局部设计上下轻质悬挂杆的长度比，可以实现满足不同部位的复杂运动轨迹以及大尺寸高精度等可展结构的地面重力卸载试验。
附图说明
图1本发明实施例空间十二连杆可展开结构展开态的杆系卸载系统示意图；
图2本发明实施例单个卸载点杆系卸载示意图；
图3本发明实施例周向可展开结构的杆系组合卸载系统原理图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例以及附图进一步阐述本发明。图中标记：1-下层配重；2-上层配重；3-下层轻质悬挂杆；4-上层轻质悬挂杆；5-绳索；6-轻质软弹簧；7-T型套筒；8-伸缩调节套筒。
本发明的空间可展结构的地面重力卸载系统示意图如图1～3所示，包括配重1和2、轻质悬挂杆3和4、绳索5、轻质软弹簧6、T型套筒7、伸缩调节套筒8，每一个卸载点均通过独立的一套杆系配重组合来实施重力卸载。由下层轻质悬挂杆3、上层轻质悬挂杆4、绳索5和配重1和2组成卸载系统的主体部分，上层轻质悬挂杆4的中间位置通过绳索5悬挂于天花板上(图1上未显示天花板)，上层轻质悬挂杆4的两端通过绳索5与配重2和下层轻质悬挂杆3的中间位置相连。下层轻质悬挂杆3的两端通过绳索5与配重1和结构的节点相连，其中下层轻质悬挂杆3与结构节点相连的绳索5中间增加一个轻质软弹簧6。
进一步的，通过在重力场中对可展结构做静力学计算获得每一个卸载点所需要卸载的重力值,第i个卸载点所需卸载的重力值记为Gi。
进一步的，根据可展结构的运动范围设计轻质悬挂杆的长度以及配重。如图2所示为单个卸载点的杆系组合卸载系统，在忽略绳索及轻质软弹簧重量的前提下，配重1根据杠杆平衡原理可设计为：
Figure BDA0002293809630000051
其中
Figure BDA0002293809630000052
为第i个卸载点的下层轻质悬挂杆套筒中心至杆端卸载悬挂点的距离，
Figure BDA0002293809630000053
为悬挂杆套筒中心至杆端配重悬挂点的距离，
Figure BDA0002293809630000054
为悬挂杆套筒中心至卸载悬挂杆端部分包含伸缩调节套筒的重力值，
Figure BDA0002293809630000055
为悬挂杆套筒中心至配重悬挂杆端部分包含伸缩调节套筒的重力值，
Figure BDA0002293809630000056
和
Figure BDA0002293809630000057
为上述两部分对应重心到悬挂杆套筒中心的距离。
进一步的，配重2根据杠杆平衡原理可设计为：
Figure BDA0002293809630000058
其中
Figure BDA0002293809630000059
为第i个卸载点所悬挂的下层轻质悬挂杆3、T型套筒7和两个伸缩调节套筒8的总重量，
Figure BDA00022938096300000510
和
Figure BDA00022938096300000511
为第i个卸载点的上层轻质悬挂杆套筒中心至杆端卸载悬挂点和杆端配重悬挂点的距离，
Figure BDA00022938096300000512
和
Figure BDA00022938096300000513
分别为套筒中心至卸载悬挂杆端部分和配重悬挂杆端部分的重力值，
Figure BDA00022938096300000514
和
Figure BDA00022938096300000515
为上述两部分对应重心到套筒中心的距离。特别地，当
Figure BDA00022938096300000516
及
Figure BDA00022938096300000517
时，
Figure BDA00022938096300000518
Figure BDA00022938096300000519
进一步的，如图3所示为杆系配重组合重力卸载系统的原理图，上下轻质悬挂杆通过自身的旋使得可展结构的卸载点从收拢位置运动至展开的位置。由于轻质悬挂杆设定为在水平面内运动，杆长的设定应满足如下关系：
Figure BDA00022938096300000520
其中Di为卸载点在水平面上运动的距离。为防止展开运动过程中的干涉问题，两杆的长度比例可根据可展开结构的尺寸和运动的范围来设定，且还可以通过空间的设置来避免。
进一步的，把设计好的配重及轻质悬挂杆等部件通过绳索连接，根据可展开结构的收拢程度微调伸缩调节套筒，使得每一个卸载点的杆系组合满足该点的悬挂杆长度与卸载点初末位置的距离的关系式。卸载系统整体装配完毕后，通过微调各个卸载点的配重使得每一个卸载点的悬挂杆都处于水平状态。
本发明的结构和参数等可根据可展开结构的特点、尺寸和运动范围等要求设定，但不局限于此实例。

Claims (4)

1.一种周向可展开结构的杆系组合卸载系统，其特征在于：包括配重、下层轻质悬挂杆、上层轻质悬挂杆、绳索、轻质软弹簧、T型套筒、伸缩调节套筒；
所述下层轻质悬挂杆、上层轻质悬挂杆、绳索和配重组成卸载系统的主体部分，上层轻质悬挂杆的中间位置通过绳索悬挂于天花板上，上层轻质悬挂杆的两端通过绳索与配重和下层轻质悬挂杆的中间位置相连；
所述下层轻质悬挂杆的两端通过绳索与配重和结构的节点相连，下层轻质悬挂杆与结构节点相连的绳索中间增加一个轻质软弹簧；
所述T型套筒使得绳索在套筒口的位置产生一个横向张力，具有使得轻质悬挂杆不会产生过大的倾斜而侧翻的作用；
所述伸缩调节套筒可以微调轻质悬挂杆两端悬挂点间的距离，以保证轻质悬挂杆水平以及吊挂绳索竖直的需求。
2.根据权利要求1所述的一种周向可展开结构的杆系组合卸载系统，其特征在于：所述下层轻质悬挂杆和上层的轻质悬挂杆在可展结构从展开初态到末态的过程中均绕各自的悬挂点旋转，在展开过程中使得悬挂的结构节点在其初态和末态的连线两边做往复运动。
3.根据权利要求1所述的一种周向可展开结构的杆系组合卸载系统，其特征在于：连接结构节点和卸载吊挂系统的轻质软弹簧为具有下述协调能力的弹簧，所述协调力能足以使得在结构展开过程中出现振荡时，通过自身长度的变化控制悬挂点的上下浮动来保证卸载系统整体的平稳与协调。
4.根据权利要求1所述的一种周向可展开结构的杆系组合卸载系统，其特征在于：下层轻质悬挂杆、上层轻质悬挂杆的贡献于卸载点运动的有效长度应满足公式：
Figure FDA0003730619090000021
其中
Figure FDA0003730619090000022
和
Figure FDA0003730619090000023
分别为下上轻质悬挂杆卸载悬挂点与各自T型套筒中心之间的距离，Di为卸载点在水平面上运动的距离。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113479354B (zh) * 2021-06-03 2023-03-21 天津大学 一种被动自适应分布式人体重力卸载系统
CN116062197B (zh) * 2023-03-06 2023-06-13 哈尔滨工业大学 绳网拖曳地面试验中的重力卸载与距离相模拟装置与方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH575626A5 (zh) * 1973-04-27 1976-05-14 Buehler Ag Geb
JP2668030B2 (ja) * 1988-06-07 1997-10-27 株式会社日立製作所 無重量模擬装置
US9228917B1 (en) * 2009-04-17 2016-01-05 Arrowhead Center, Inc. Six degrees of freedom free-motion test apparatus
CN203064210U (zh) * 2012-12-06 2013-07-17 上海裕达实业公司 氦气球悬挂重力卸载装置
CN104457794B (zh) * 2014-12-10 2017-09-29 北京航空航天大学 一种控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构
CN108897012A (zh) * 2018-06-15 2018-11-27 上海卫星工程研究所 一种针对卫星偏心展开附件的可调节悬吊装置及其应用

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