CN114701675A - 主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统，桁架上端固定安装线性运动组件，摇臂轴的上端外围转动套接至随动转盘的中部，摇臂轴外围转动套接若干摇臂轨，且若干摇臂轨沿摇臂轴的轴向设置，每个摇臂轴的一端通过悬挂吊绳固定连接至太阳翼的展开架上，且线性运动组件上设置检测组件，检测组件用于检测太阳翼的展开状态。本发明所述的主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统，通过摇臂轴和摇臂轨的配合解决了圆形柔性太阳翼全流程地面零重力展开试验的重力卸载问题，能够适用于多种尺寸及型号的圆形柔性太阳翼全流程地面展开试验，可重复多次的进行实验验证，极大地拓展了微低重力模拟试验的范围，降低了试验成本与难度。

Description

主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统

技术领域

本发明属于航天实验设备领域，尤其是涉及一种主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统。

背景技术

随着我国航天技术的不断发展，以深空探测为代表的航天器对其搭载的太阳翼要求越来越高，圆形柔性太阳翼在保证足够的展开刚度的同时，因其更高的功率质量比、功率体积比成为首选应用。但由于其结构相对复杂，展开精度较高，展开运动轨迹特殊，需要在地面进行一系列零重力展开试验，以保证其在轨状态能够正常运行。

圆形柔性太阳翼包括展开架及圆形翼体，圆形展开翼体为柔性结构，第一阶段展开时，太阳翼体属于完全合拢压紧状态，展开时，太阳翼本体依然处于压紧状态，展开架及相关铰链解锁，由展开架将翼体推离航天器，展开架展开90°，压紧状态的太阳翼展开180°后垂直于航天器，再次进行锁定，随后第二阶段展开由圆形翼体进行360°圆周展开锁定。在全行程展开过程中，第一第二阶段的连续展开过程难以进行试验验证工作。单一的摇臂系统只能验证太阳翼本体展开过程所涉及的铰链，无法满足圆形太阳翼的全流程地面零重力展开试验验证工作需求。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统，以解决现有技术无法满足圆形太阳翼的全流程地面零重力展开试验验证工作需求的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统，包括桁架、线性运动组件、随动转盘、检测组件和摇臂轴，桁架上端固定安装线性运动组件，且线性运动组件能够带动随动转盘线性位移，摇臂轴的上端外围转动套接至随动转盘的中部，摇臂轴外围转动套接若干摇臂轨，且若干摇臂轨沿摇臂轴的轴向设置，每个摇臂轴的一端通过悬挂吊绳固定连接至太阳翼的展开架上，且线性运动组件上设置检测组件，检测组件用于检测太阳翼的展开状态。

进一步的，所述检测组件是CCD相机。

进一步的，所述线性运动组件包括Y向线性模组及其上固定安装的X向线性模组，Y向线性模组包括桁架上端设置的两个导轨，且两个导轨相互平行设置，托架的下端分别滑动连接至每个导轨的外围，每个导轨的一侧均固定安装一个齿条，托架上端设置X向线性模组，托架下端固定安装第一电机，动力轴的两端分别设置一个传动齿轮，且每个传动齿轮外围啮合至一个齿条的上端，动力轴的外围转动套接至托架的下端，且第一电机是动力轴转动的动力源。

进一步的，所述X向线性模组包括丝杠、滑台和第二电机，丝杠的外围转动套接至托架的两侧壁，且第二电机的外围固定安装至托架的一端，滑台的下端螺纹连接至丝杠的外围，滑台的两侧分别滑动连接至托架的上侧，且随动转盘的上端固定连接至下端，丝杠的一端固定连接至第二电机的传动轴。

进一步的，所述摇臂轨包括滑轨、轴套和配重块，轴套内圈转动套接至摇臂轴的外围，轴套外围分别设置滑轨和配重块，且滑轨和配重块相互对称设置，滑轨的一端固定连接至轴套的外围，滑轨的另一端通过悬挂吊绳固定连接至太阳翼的展开架上。

进一步的，所述悬挂吊绳包括弹簧、拉线和压力传感器，压力传感器的一端通过弹簧固定连接至滑轨的一端，压力传感器的另一端通过拉线固定连接至太阳翼的展开架。

相对于现有技术，本发明所述的主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统具有以下有益效果：通过摇臂轴和摇臂轨的配合解决了圆形柔性太阳翼全流程地面零重力展开试验的重力卸载问题，能够适用于多种尺寸及型号的圆形柔性太阳翼全流程地面展开试验，可重复多次的进行实验验证，极大地拓展了微低重力模拟试验的范围，降低了试验成本与难度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的线性运动组件的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的线性运动组件的正视图；

图4为本发明实施例所述的摇臂轨、摇臂轴和随动转盘装配的结构示意图。

附图标记说明：

1-摇臂轨；11-滑轨；12-配重块；2-摇臂轴；3-检测组件；4-Y向线性模组；41-导轨；42-齿条；43-第一电机；44-动力轴；45-托架；5-X向线性模组；51-丝杠；52-滑台；53-第二电机；6-随动转盘。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-4所示，主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统，包括桁架、线性运动组件、随动转盘6、检测组件3和摇臂轴2，桁架是钢结构为整套系统提供足够的承载刚度，保证两方向的线性模组不会出现变形，桁架上端固定安装线性运动组件，线性运动组件是十字交叉线性模组，为摇臂轴2提供跟随动力，从而实现摇臂系统整体的主动驱动跟随的零重力卸载系统，线性运动组件能够带动随动转盘6线性位移，摇臂轴2的上端外围转动套接至随动转盘6的中部，摇臂轴2外围转动套接若干摇臂轨1，且若干摇臂轨1沿摇臂轴2的轴向设置，每个摇臂轴2的一端通过悬挂吊绳固定连接至太阳翼的展开架上，且线性运动组件上设置检测组件3，检测组件3是CCD相机，CCD相机负责在展开试验过程中，对太阳翼中心机构及太阳翼本体上的若干把标点进行轨迹识别，经控制系统联合两方向线性模组对太阳翼位置进行实时跟踪，随动转盘6处于线性运动组件下方，在展开过程中，摇臂轴2不仅需要跟随主轴进行位置转变，还需要进行角度跟转变跟随，角度随动转盘6实现此功能。

线性运动组件包括Y向线性模组4及其上固定安装的X向线性模组5，Y向线性模组4分为左右两组，左右两端同步驱动，共同为摇臂轴2提供Y向运动跟随，Y向线性模组4包括桁架上端设置的两个导轨41，且两个导轨41相互平行设置，托架45的下端分别滑动连接至每个导轨41的外围，每个导轨41的一侧均固定安装一个齿条42，托架45上端设置X向线性模组5，托架45下端固定安装第一电机43，动力轴44的两端分别设置一个传动齿轮，且每个传动齿轮外围啮合至一个齿条42的上端，动力轴44的外围转动套接至托架45的下端，且第一电机43是动力轴44转动的动力源。

X向线性模组5分为左右两组，左右两端同步驱动，共同为气浮摇臂组件提供X向运动跟随，X向线性模组5包括丝杠51、滑台52和第二电机53，丝杠51的外围转动套接至托架45的两侧壁，且第二电机53的外围固定安装至托架45的一端，滑台52的下端螺纹连接至丝杠51的外围，滑台52的两侧分别滑动连接至托架45的上侧，且随动转盘6的上端固定连接至下端，丝杠51的一端固定连接至第二电机53的传动轴。

摇臂轨1包括滑轨11、轴套和配重块12，轴套内圈转动套接至摇臂轴2的外围，轴套外围分别设置滑轨11和配重块12，且滑轨11和配重块12相互对称设置，滑轨11的一端固定连接至轴套的外围，滑轨11的另一端通过悬挂吊绳固定连接至太阳翼的展开架上，且滑轨11用以适应两阶段展开过程中太阳翼吊点(即质心)因跟随、自身结构限制等原因导致的径向位置小幅度变化，其实现方式为气浮式机械滑轨11或机械滑车，摇臂轨1和摇臂轴2的配合是作为太阳翼本体展开的的机械基础，依靠中心回转轴承，对太阳翼本体360°展开过程进行极坐标式质心位置跟随，且为太阳翼展开架提供零重力卸载，其回转中心与太阳翼展开架展开回转中心保证同轴进行工作。

悬挂吊绳包括弹簧、拉线和压力传感器，压力传感器的一端通过弹簧固定连接至滑轨11的一端，压力传感器的另一端通过拉线固定连接至太阳翼的展开架，悬挂吊绳用于连接太阳翼各个单元的悬吊点，其上附有恒力弹簧、绳长调节机构、拉力传感器等，其中拉线的实现方式可以选用凯夫拉绳或钢丝绳。

主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统的工作过程：

本发明的控制方式是通过控制器实现的，控制器是现有技术的PLC，其中线性运动组件的电机、检测组件3的悬挂吊绳上的压力传感器均信号连接至PLC，在CCD相机实施反馈太阳翼中心位置的信息并信号传输至PLC，PLC根据太阳翼位置信息控制X、Y两方向的线性模组位移，使的摇臂轴2中心对太阳翼的中心位置进行实时跟踪，此外，摇臂轴2与滑轨11末端形成完全被动的极坐标式范围覆盖，当线性模组的跟随精度不准确时，由摇臂轴2和末端滑轨11进行位置补偿，从而使试验过程中太阳翼的零重力卸载一直处于良好状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统，其特征在于：包括桁架、线性运动组件、随动转盘(6)、检测组件(3)和摇臂轴(2)，桁架上端固定安装线性运动组件，且线性运动组件能够带动随动转盘(6)线性位移，摇臂轴(2)的上端外围转动套接至随动转盘(6)的中部，摇臂轴(2)外围转动套接若干摇臂轨(1)，且若干摇臂轨(1)沿摇臂轴(2)的轴向设置，每个摇臂轴(2)的一端通过悬挂吊绳固定连接至太阳翼的展开架上，且线性运动组件上设置检测组件(3)，检测组件(3)用于检测太阳翼的展开状态。

2.根据权利要求1所述的主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统，其特征在于：检测组件(3)是CCD相机。

3.根据权利要求1所述的主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统，其特征在于：线性运动组件包括Y向线性模组(4)及其上固定安装的X向线性模组(5)，Y向线性模组(4)包括桁架上端设置的两个导轨(41)，且两个导轨(41)相互平行设置，托架(45)的下端分别滑动连接至每个导轨(41)的外围，每个导轨(41)的一侧均固定安装一个齿条(42)，托架(45)上端设置X向线性模组(5)，托架(45)下端固定安装第一电机(43)，动力轴(44)的两端分别设置一个传动齿轮，且每个传动齿轮外围啮合至一个齿条(42)的上端，动力轴(44)的外围转动套接至托架(45)的下端，且第一电机(43)是动力轴(44)转动的动力源。

4.根据权利要求3所述的主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统，其特征在于：X向线性模组(5)包括丝杠(51)、滑台(52)和第二电机(53)，丝杠(51)的外围转动套接至托架(45)的两侧壁，且第二电机(53)的外围固定安装至托架(45)的一端，滑台(52)的下端螺纹连接至丝杠(51)的外围，滑台(52)的两侧分别滑动连接至托架(45)的上侧，且随动转盘(6)的上端固定连接至下端，丝杠(51)的一端固定连接至第二电机(53)的传动轴。

5.根据权利要求1所述的主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统，其特征在于：摇臂轨(1)包括滑轨(11)、轴套和配重块(12)，轴套内圈转动套接至摇臂轴(2)的外围，轴套外围分别设置滑轨(11)和配重块(12)，且滑轨(11)和配重块(12)相互对称设置，滑轨(11)的一端固定连接至轴套的外围，滑轨(11)的另一端通过悬挂吊绳固定连接至太阳翼的展开架上。

6.根据权利要求5所述的主动跟随式圆形太阳翼零重力卸载系统，其特征在于：悬挂吊绳包括弹簧、拉线和压力传感器，压力传感器的一端通过弹簧固定连接至滑轨(11)的一端，压力传感器的另一端通过拉线固定连接至太阳翼的展开架。

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