CN111422386B - 一种物理仿真测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物理仿真测试系统，包括：卫星本体及物理仿真测试平台；其中，卫星本体包括：壳体；第一旋转驱动装置，设置于壳体内，用于驱动卫星本体旋转；质心调节装置，设置于壳体内，用于调节卫星本体的质心；物理仿真测试平台包括：平台本体；第二旋转驱动装置，设置于平台本体上；模拟悬浮装置，一端连接于第二旋转驱动装置，以使得第二旋转驱动装置驱动模拟悬浮装置旋转，另一端连接于卫星本体，以使卫星本体处于悬浮状态。本发明通过模拟悬浮装置实现卫星本体的悬浮状态，以解决现有测试平台造价及维护成本过高，以及环境干扰较大的问题。

Description

一种物理仿真测试系统

技术领域

本发明涉及物理仿真测试系统，特别是涉及一种卫星的姿态控制的物理仿真测试系统。

背景技术

在太空中物体所受的重力为零，而地面上具有重力，两种条件下物体的运动情况是不一样的，为了在地面模拟太空中物体的运动情况，需要使用物理仿真测试平台进行模拟。物理仿真测试平台需要具有消除重力的能力。通常物理仿真测试平台通过气浮或磁浮的方式将物体悬浮起来，可以模拟在水平面内旋转的情况。

当前主要采用气浮平台或磁悬浮平台，其中气浮平台通过平台上数量很多的细孔向外吹气，通过吹气的方式将放在平台上的物体浮起，平台上物体在平台上旋转的时候，由于气浮的作用，产生的摩擦力极其微小，从而模拟物体在太空中零重力条件下的旋转情况。也可以使用磁悬浮的方式将物体浮起。

以气浮平台为例，平台的上表面具有很多气孔，为了使气孔中气体能够均匀的喷洒在被浮物体上，平台上表面平面度要求极高，一般为微米级。通过喷气量控制来实现对不同重量物体的浮起。磁悬浮平台与此类似，只不过是通过磁力的方式将被浮物体浮起。

气浮平台和磁浮平台的上表面平面度要求极高，因此造价十分昂贵，通常采用大理石表面经过精细研磨制成，且保养维护价格都很高。磁浮平台本身会具有磁场干扰，对于使用磁力控制姿态的物理来时不适用。

因此，设计一种造价及维护成本低、环境干扰小的物理仿真测试系统，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种物理仿真测试系统，以解决现有的测试平台造价及维护成本过高，以及环境干扰较大的问题。

为了解决上述技术问题，根据本发明一方面，提供了一种物理仿真测试系统，包括：卫星本体及物理仿真测试平台；

其中，所述卫星本体包括：

壳体；

第一旋转驱动装置，设置于所述壳体内，用于驱动所述卫星本体旋转；

质心调节装置，设置于所述壳体内，用于调节所述卫星本体的质心；

所述物理仿真测试平台包括：

平台本体；

第二旋转驱动装置，设置于所述平台本体上；

模拟悬浮装置，一端连接于所述第二旋转驱动装置，以使得所述第二旋转驱动装置驱动所述模拟悬浮装置旋转，另一端连接于所述卫星本体，以使所述卫星本体处于悬浮状态。

在一实施例中，所述质心调节装置包括：至少一个质心调节杆和至少一个质心调节轮；

其中，所述质心调节杆固定连接于所述壳体内，所述质心调节轮套设于所述质心调节杆上，通过所述质心调节轮相对于所述质心调节杆的位置变化来调节所述卫星本体的质心。

在一实施例中，所述至少一个质心调节杆和所述至少一个质心调节轮均设置有相互匹配的螺纹，所述质心调节轮通过旋转实现相对于所述质心调节杆的移动。

在一实施例中，所述卫星本体还包括：控制装置，设置于所述壳体内，用于控制所述第一旋转驱动装置、所述质心调节装置及所述第二旋转驱动装置。

在一实施例中，所述第一旋转驱动装置包括：

多个旋转动力单元，用于提供所述卫星本体旋转所需的动力；

旋转力矩单元，用于提供所述卫星本体旋转所需的力矩。

在一实施例中，所述多个旋转动力单元为发动机；

所述旋转力矩单元为动量轮。

在一实施例中，所述第一旋转驱动装置还包括至少一个磁力驱动单元，用于通过磁力提供所述卫星本体旋转所需的力矩。

在一实施例中，所述第二旋转驱动装置连接于所述平台本体的上部，所述模拟悬浮装置的所述另一端连接于所述卫星本体的中心，以通过悬挂的方式使得所述卫星本体处于所述悬浮状态；

所述第二旋转驱动装置用于驱动所述模拟悬浮装置的旋转速度与旋转方向与所述卫星本体的旋转速度与旋转方向相同；

所述质心调节装置用于使所述卫星本体的质心始终位于所述模拟悬浮装置的延长线上。

在一实施例中，所述第二旋转驱动装置连接于所述平台本体的下部，所述模拟悬浮装置的所述另一端连接于所述卫星本体的中心，以通过支撑的方式使得所述卫星本体处于所述悬浮状态；

所述第二旋转驱动装置用于驱动所述模拟悬浮装置的旋转速度与旋转方向与所述卫星本体的旋转速度与旋转方向相同；

所述质心调节装置用于使所述卫星本体的质心始终位于所述模拟悬浮装置的延长线上。

在一实施例中，所述平台本体包括：

多个第一纵向框架，垂直于水平面；

多个横向框架，平行于水平面，均套设并连接于所述多个第一纵向框架的外侧；

多个第二纵向框架，垂直于水平面，均套设并连接于所述多个横向框架；

顶横梁，连接于至少两个所述第二纵向框架的顶部，用于固定所述第二旋转驱动装置；

平台板，搭设于所述多个横向框架中的一个所述横向框架的上部。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明的一种物理仿真测试系统可以达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

（1）模拟悬浮装置采用悬挂或支撑的方式实现卫星本体的悬浮，有效地降低了物理仿真测试系统的生产及维护成本；

（2）通过第二旋转驱动装置驱动模拟悬浮装置与卫星本体同方向、同转速的旋转，避免了模拟悬浮装置与卫星本体之间产生摩擦力，对卫星本体测试造成的干扰，消除了模拟悬浮装置在星体旋转过程中产生的力矩对卫星本体的干扰，同时补偿了因空气阻力产生的干扰力矩，进而有效地降低了环境对卫星本体测试的干扰，提高了测试的准确性及有效性；

（3）通过在卫星本体内部设置质心调节装置，在测试过程中实时调整卫星本体的质心，使得卫星本体的质心始终处于模拟悬浮装置的延长线上，进而保证卫星本体在旋转过程中，质心不会发生偏移而出现卫星本体抖动的情况。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1示出了本发明一实施例的物理仿真测试系统的结构示意图；

图2示出了本发明一实施例的卫星本体的整体结构示意图；

图3示出了本发明一实施例的卫星本体的内部结构示意图。

符号说明：

1：卫星本体

11：壳体

111：上盖

112：盒体

12：第一旋转驱动装置

121：旋转动力单元

122：旋转力矩单元

123：磁力驱动单元

13：质心调节装置

131：质心调节杆

132：质心调节轮

14：控制装置

2：物理仿真测试平台

21：平台本体

211：第一纵向框架

212：横向框架

213：第二纵向框架

214：顶横梁

215：平台板

216：台阶

22：第二旋转驱动装置

23：模拟悬浮装置。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种物理仿真测试系统的具体实施方式及其功效，详细说明如后。

如图1所示，本发明实施例的一种物理仿真测试系统，包括:卫星本体1和物理仿真测试平台2。

其中，如图2和图3所示，卫星本体1包括有壳体11、第一旋转驱动装置12、质心调节装置13、和控制装置14。

具体地，如图2所示，壳体11包括有上盖111和盒体112，而第一旋转驱动装置12、质心调节装置13和控制装置14均安装在盒体112所围成的容置空间内。图2中所示的壳体11为长方体的形状，本申请并不以此为限，也可以采用立方体或圆柱体等形状。

在一实施例中，第一旋转驱动装置12用于驱动卫星本体1旋转，更具体地说，用于驱动卫星本体1水平旋转。

具体地，第一旋转驱动装置12包括有旋转力矩单元122和多个旋转动力单元121。其中，多个旋转动力单元121用于提供卫星本体1旋转所需的动力。如图3所示，旋转动力单元121的数量为4个，分别设置在盒体112的四个顶角处。当然，该旋转动力单元121的数量也可以为两个，设置在盒体112的两个相对的顶角处、或者设置在两个相邻的顶角处，本申请并不对旋转动力单元121的数量以及设置的位置进行限定，其能够为卫星本体1的旋转提供动力即可。

在一具体实施例中，该旋转动力单元121为发动机。

旋转力矩单元122用于提供卫星本体1旋转所需的力矩。如图3所示，该旋转力矩单元122设置在盒体112的中部，以能够更好地控制卫星本体1旋转的方向。在一个具体实施例中，该旋转力矩单元122为动量轮。

在一实施例中，第一旋转驱动装置12还包括有至少一个磁力驱动单元123，用于通过磁力提供卫星本体1旋转所需的力矩。如图3所示，该磁力驱动单元123为多个，分别设置在盒体112的不同的边缘处。当然，磁力驱动单元123的数量以及安装位置可以根据实际需求进行调整，本申请并不以此为限。

质心调节装置13用于调节卫星本体1的质心，特别是在旋转过程中的卫星本体1的质心，以防止卫星本体1在旋转过程中因为质心的位移，发生晃动的情况发生。最佳的，通过质心调节装置13使得卫星本体1的质心始终位于卫星本体1的中心部位。

如图3所示，质心调节装置13包括有至少一个质心调节杆131和至少一个质心调节轮132。质心调节轮132套设在质心调节杆131上，通过调整质心调节轮132在质心调节杆131上的位置来调节卫星本体1的质心。更加具体地说，通过质心调节轮132的位置的变化，卫星本体1内部的重量的分布也会随之发生变化，以此来调整卫星本体1的质心的位置。

在一具体实施例中，如图3所示，质心调节杆131为两个相交的调节杆，其构成“十”字型，进而形成四个可以安装质心调节轮132的调节杆。图3中所示的仅在其中一个调节杆上设置了质心调节轮132，但是本申请并不以此为限，根据实际的需求，可以在四个调节杆上均安装质心调节轮132，也可以在其中的一个或多个上安装质心调节轮132。

为了能够实现质心调节轮132相对于质心调节杆131的位置变化，在质心调节杆131和质心调节轮132上设置了相互匹配的螺纹。进而通过旋转质心调节轮132，在相互匹配的螺纹的作用下，质心调节轮132的位置会发生变化。

控制装置14设置于盒体112内部，用于根据用户设定的参数控制第一旋转驱动装置12、质心调节装置13及第二旋转驱动装置22，以实现物理仿真测试系统的整个测试过程。

如图1所示，物理仿真测试平台2包括有平台本体21、第二旋转驱动装置22和模拟悬浮装置23。

其中，模拟悬浮装置23的一端连接于第二旋转驱动装置22，模拟悬浮装置23的另一端连接于卫星本体1，具体地，连接于卫星本体1的中心处，以使得卫星本体1处于悬浮状态。第二旋转驱动装置22设置在平台本体21上，用于驱动模拟悬浮装置23旋转。

在一实施例中，第二旋转驱动装置22设置于平台本体21的上部，模拟悬浮装置23的一端连接于第二旋转驱动装置22，另一端连接于卫星本体1的中心，进而通过悬挂的方式使得卫星本体1处于悬浮状态。第二旋转驱动装置22驱动模拟悬浮装置23与卫星本体1的旋转方向和旋转速度相同的方向和速度旋转，及使得模拟悬浮装置23与卫星本体1同步旋转，以此来降低模拟悬浮装置23与卫星本体1之间摩擦力，同时补偿由空气阻力产生的附加的力矩的干扰。在卫星本体1旋转的过程中，质心调节装置13实时调节卫星本体1的质心，使得卫星本体1的质心始终位于模拟悬浮装置23的延长线上，更具体的说，使得卫星本体1的质心始终位于卫星本体1的中部。

在该实施例中，模拟悬浮装置23为吊绳，本申请对吊绳的材质不做限制，其可以使柔软的吊绳，也可以是刚性的吊绳。

在另一实施例中，第二旋转驱动装置22设置于平台本体21的下部，模拟悬浮装置23的一端连接于第二旋转驱动装置22，另一端连接于卫星本体1的中心，进而模拟悬浮装置23通过支撑的方式使得卫星本体1实现悬浮状态。第二旋转驱动装置22驱动模拟悬浮装置23与卫星本体1的旋转方向和旋转速度相同的方向和速度旋转，及使得模拟悬浮装置23与卫星本体1同步旋转，以此来降低模拟悬浮装置23与卫星本体1之间摩擦力，同时补偿由空气阻力产生的附加的力矩的干扰。在卫星本体1旋转的过程中，质心调节装置13实时调节卫星本体1的质心，使得卫星本体1的质心始终位于模拟悬浮装置23的延长线上，更具体的说，使得卫星本体1的质心始终位于卫星本体1的中部。

在该实施例中，模拟悬浮装置23为支撑杆，本申请不对该支撑杆的材质进行限定，其能够保证在支撑卫星本体1并旋转时不发生形变即可。

在一具体实施例中，第二旋转驱动装置22为电机，通过电机的旋转带动模拟悬浮装置23旋转。

在一实施例中，如图1所示，平台本体21包括有顶横梁214、平台板215、多个横向框架212、多个第一纵向框架211和多个第二纵向框架213。

多个第一纵向框架211垂直于水平面设置，且多个第一纵向框架211之间间隔一定的距离，该距离根据实际情况进行设定即可。多个横向框架212均平行于水平面设置，均套设并连接于多个第一纵向框架211的外侧，且多个横向框架212之间间隔一定的距离，该距离根据实际情况进行设定即可。多个第二纵向框架213均垂直于水平面设置，均套设并连接于多个横向框架212的外侧，且多个第二纵向框架213之间间隔一定的距离，该距离根据实际情况进行设定即可。通过此种连接方式能够极大的提升平台本体21的结构强度，以保证物理仿真测试系统测试的稳定性。

在一实施例中，多个第一纵向框架211的框架的宽度小于多个第二纵向框架213的框架的宽度。

顶横梁214则连接于至少两个第二纵向框架213的顶部，并且在通过悬挂的方式实现卫星本体1处于悬浮状态时，第二旋转驱动装置22则连接于该顶横梁214。

平台板215搭设在多个横向框架212中一个横向框架212上，进而在平台板215上可以放置测试设备、驱动设备以及电源等装置。

为了便于测试人员能够顺利的登上平台板215，平台本体21还设置有台阶216。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外还应当理解的是，当本说明书中只用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在的特征、步骤、操作、器件、组件和/或他们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置，数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有实例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。应注意到，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此一旦某一项在一幅图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作出相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的结构或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制，方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对用于，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如何在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在实用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其它方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作出的任何修改。等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种物理仿真测试系统，其特征在于，包括：卫星本体及物理仿真测试平台；

其中，所述卫星本体包括：

壳体；

第一旋转驱动装置，设置于所述壳体内，用于驱动所述卫星本体旋转；

质心调节装置，设置于所述壳体内，用于调节所述卫星本体的质心；

所述物理仿真测试平台包括：

平台本体；

第二旋转驱动装置，设置于所述平台本体上；

模拟悬浮装置，一端连接于所述第二旋转驱动装置，以使得所述第二旋转驱动装置驱动所述模拟悬浮装置旋转，另一端连接于所述卫星本体，以使所述卫星本体处于悬浮状态。

2.根据权利要求1所述的物理仿真测试系统，其特征在于，所述质心调节装置包括：至少一个质心调节杆和至少一个质心调节轮；

其中，所述质心调节杆固定连接于所述壳体内，所述质心调节轮套设于所述质心调节杆上，通过所述质心调节轮相对于所述质心调节杆的位置变化来调节所述卫星本体的质心。

3.根据权利要求2所述的物理仿真测试系统，其特征在于，所述至少一个质心调节杆和所述至少一个质心调节轮均设置有相互匹配的螺纹，所述质心调节轮通过旋转实现相对于所述质心调节杆的移动。

4.根据权利要求1所述的物理仿真测试系统，其特征在于，所述卫星本体还包括：控制装置，设置于所述壳体内，用于控制所述第一旋转驱动装置、所述质心调节装置及所述第二旋转驱动装置。

5.根据权利要求1所述的物理仿真测试系统，其特征在于，所述第一旋转驱动装置包括：

多个旋转动力单元，用于提供所述卫星本体旋转所需的动力；

旋转力矩单元，用于提供所述卫星本体旋转所需的力矩。

6.根据权利要求5所述的物理仿真测试系统，其特征在于，所述多个旋转动力单元为发动机；

所述旋转力矩单元为动量轮。

7.根据权利要求5或6所述的物理仿真测试系统，其特征在于，所述第一旋转驱动装置还包括至少一个磁力驱动单元，用于通过磁力提供所述卫星本体旋转所需的力矩。

8.根据权利要求1所述的物理仿真测试系统，其特征在于，所述第二旋转驱动装置连接于所述平台本体的上部，所述模拟悬浮装置的所述另一端连接于所述卫星本体的中心，以通过悬挂的方式使得所述卫星本体处于所述悬浮状态；

所述第二旋转驱动装置用于驱动所述模拟悬浮装置的旋转速度与旋转方向与所述卫星本体的旋转速度与旋转方向相同；

所述质心调节装置用于使所述卫星本体的质心始终位于所述模拟悬浮装置的延长线上。

9.根据权利要求1所述的物理仿真测试系统，其特征在于，所述第二旋转驱动装置连接于所述平台本体的下部，所述模拟悬浮装置的所述另一端连接于所述卫星本体的中心，以通过支撑的方式使得所述卫星本体处于所述悬浮状态；

所述第二旋转驱动装置用于驱动所述模拟悬浮装置的旋转速度与旋转方向与所述卫星本体的旋转速度与旋转方向相同；

所述质心调节装置用于使所述卫星本体的质心始终位于所述模拟悬浮装置的延长线上。

10.根据权利要求8所述的物理仿真测试系统，其特征在于，所述平台本体包括：

多个第一纵向框架，垂直于水平面；

多个横向框架，平行于水平面，均套设并连接于所述多个第一纵向框架的外侧；

多个第二纵向框架，垂直于水平面，均套设并连接于所述多个横向框架；

顶横梁，连接于至少两个所述第二纵向框架的顶部，用于固定所述第二旋转驱动装置；

平台板，搭设于所述多个横向框架中的一个所述横向框架的上部。

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