CN114988280B - 卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置及悬吊方法 - Google Patents

Abstract

卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置及悬吊方法，涉及航天器试验技术领域。解决了现有的验证卫星关键部件力学性能方法中，由于柔性支撑受到额外应力而导致试验测试结果不准确的问题。本发明的悬吊方法中，通过装配体A和装配体B分别将光学载荷和卫星平台吊起，分别通过装配体A和装配体B上的调平部件，使所述光学载荷、卫星平台都处于水平姿态；通过装配体A调整光学载荷与卫星平台的相对位置，完成光学载荷与卫星平台的柔性支撑结构的连接，通过力传感器监测每个柔性支撑结构所承受的外力，调整装备体A、装备体B，使得每个力传感器采集的力信号均在‑10mN～10mN之间完成悬吊。本发明适用于卫星地面试验。

Description

卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置及悬吊方法

技术领域

本发明涉及航天器试验技术领域，具体涉及一种可应用于卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置及悬吊方法。

背景技术

验证卫星关键部件的力学性能是卫星研发的关键步骤之一，但此过程需要模拟太空环境以克服重力对试验测试结果的影响，困难重重。因此，研发出一种可应用于卫星地面测试关键部件的力学性能的装置急不可待。现有的方法是将卫星整体悬吊起来进行测试，此时由于重力原因，光学载荷会对柔性支撑造成挤压，使其处于受力状态，这种测试方法并未考虑柔性支撑受到额外应力对试验测试准确性的影响。但实际太空中卫星处于失重状态，柔性支撑除受到螺钉压紧力外，不受其他安装应力的作用，柔性支撑也处于零应力力学边界状态。

因此，现有的验证卫星关键部件的力学性能的方法存在的缺陷为：柔性支撑由于受到额外应力对试验测试结果的不准确。

综上因素，虽然现有的方法可以验证卫星关键部件的力学性能，但由于重力原因，光学载荷会对柔性支撑造成挤压，使其处于受力状态，所以，这种测试方法对测试结果的准确性有影响。

发明内容

本发明解决了现有的验证卫星关键部件的力学性能的方法中，由于柔性支撑受到额外应力，而导致试验测试结果不准确的问题。

本发明所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置，其特征在于，所述的悬吊装置包括天车1、装配体A和装配体B；

所述的天车1用于将装配体A和装配体B吊起，装配体A与装配体B上端均为吊带，将吊带套在天车1的吊钩上后完成起吊；

所述的装配体A包括框架4、手轮式滚珠丝杠组件5、推力球轴承A6、高度调节部件A7、四点式吊装A8、4个调平部件12-15和滚珠丝杠支架24；

框架4上设置有滚珠丝杠支架24，所述滚珠丝杠支架24下方固定有手轮式滚珠丝杠组件5，所述手轮式滚珠丝杠组件5的活动端与推力球轴承A6的座圈固定连接，所述推力球轴承A6的轴圈连接推力杆，所述推力杆的末端通过高度调节部件A7与四点式吊装A8的连接，所述四点式吊装A8的下部铰接4个连接件，每个连接件上连接一个调平部件12-15，所述4个调平组件的末端为悬吊连接端，用于连接待悬吊部件；

所述的装配体B包括推力球轴承B9、高度调节部件B10、四点式吊装B11和4个调平部件16-19；

所述推力球轴承B9的座圈与天车1的驱动部件固定连接，所述推力球轴承B9的轴圈连接推力杆，所述推力杆的末端通过高度调节部件B10与四点式吊装B11的连接，所述四点式吊装B11的下部铰接4个连接件，每个连接件上连接一个调平部件，所述4个调平组件16-19的末端为悬吊连接端，用于连接待悬吊部件。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的高度调节部件A7与四点式吊装A8之间通过卸扣连接方式连接；所述高度调节部件B10与四点式吊装B11之间通过卸扣连接方式连接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的高度调节部件A7和所述高度调节部件B10均采用花篮螺栓实现。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的装配体A中的调平部件12-15和装配体B中的4个调平部件16-19均采用花篮螺栓实现。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的装配体A中的调平部件12-15用于调整被吊装部件至水平姿态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的装配体B中的调平部件16-19用于调节被吊装部件至水平姿态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述手轮式滚珠丝杠组件5中，手轮转动1度，丝杠移动0.014毫米。

进一步地，在本发明的一个实施例中，该方法是采用上述方法中任意一项方法所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置实现的，包括以下步骤：

步骤S1，使得装配体A的悬吊连接端与光学载荷连接，然后通过调节天车1，将所述光学载荷吊起；

步骤S2，使得装配体B的悬吊连接端与卫星平台固定连接，然后通过调整天车1，将所述卫星平台吊起；所述卫星平台与光学载荷的连接端固定有多个柔性支撑结构21；

步骤S3，调水平；

通过调整装配体A中的4个调平部件12-15调整四点式吊装A8，使得所述光学载荷处于水平状态；

通过调整装配体B中的4个调平部件16-19调整四点式吊装B11，使得所述卫星平台处于水平状态；

步骤S4，调高度、对齐；

分别调整装配体A中的手轮式滚珠丝杠组件5、高度调节部件A7实现控制光学载荷在XYZ三个方向的移动，使得光学载荷与卫星平台的柔性支撑结构21相对应，然后将所述光学载荷与所述柔性支撑结构21连接，所述的光学载荷与每个柔性支撑结构21之间均串联有一个力传感器20，用于采集每个柔性支撑结构21所承受的外力；

步骤S5，分别调整装备体A中的手轮式滚珠丝杠组件5、高度调节部件A7、装备体B中的高度调节部件B10，实时获取每一个力传感器2采集的力信号，直到所有力信号均在-10mN～10mN之间，此时柔性支撑没有额外应力，悬吊完成。

进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S3中所述的水平状态，是指采用电子水平尺22检测四点式吊装A8和四点式吊装B11的水平状态，当所述电子水平尺22显示的示数在-0.1mm～0.1mm之间时，确定为水平状态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S5中所述的实时获取每一个力传感器2采集的力信号的方法，是通过力传感器信号采集设备23同时采集每个力传感器20发出的力信号，并显示输出。

本发明解决了现有的验证卫星关键部件的力学性能的方法由于柔性支撑受到额外应力原因，对试验测试结果不准确的问题。具体有益效果包括：

1、本发明所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置，此装置避免了现有的整体悬吊方式进行测试关键部件的力学性能，由平台及载荷相对位移引起的柔性支撑应力变形。通过使用滚珠丝杠组件、推力球轴承结合调平部件实现卫星光学载荷与带柔性支撑的卫星平台悬吊状态的精准对接，有效模拟柔性支撑在轨时的零应力力学边界，保证柔性支撑不因为光学载荷产生额外应力，提高地面试验结果的准确性。

2、本发明所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置及悬吊方法可在全试验阶段监测柔性支撑的力学边界状态，避免了试验中偶然因素对柔性支撑产生额外应力。

3、本发明所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊方法可实现柔性支撑与光学载荷在悬吊状态下的精准对接，所选用的手轮式滚珠丝杠组件具备手轮转动360度，滚珠丝杠的平台移动5毫米，手轮旋转1度对应0.014毫米，也就是手轮式滚珠丝杠组件调控精度可达0.014毫米/度。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是实施方式一所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置图；1为天车；2为光学载荷；3为卫星平台；4为框架；5为手轮式滚珠丝杠组件；6为推力球轴承A；7为高度调节部件A；8为四点式吊装A；9为推力球轴承B；10为高度调节部件B；11为四点式吊装B；8个调平部件12-19；20为力传感器；21为光学载荷柔性支撑；22为电子水平尺；23为力传感器信号采集设备；24为滚珠丝杠支架。

图2是实施方式七所述的一种卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图将对本发明的多种实施方式进行清楚、完整地描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施方式一、本实施方式所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置，其特征在于，所述的悬吊装置包括天车1、装配体A和装配体B；

所述的天车1用于将装配体A和装配体B吊起，装配体A与装配体B上端均为吊带，将吊带套在天车1的吊钩上后完成起吊；

所述的装配体A包括框架4、手轮式滚珠丝杠组件5、推力球轴承A6、高度调节部件A7、四点式吊装A8、4个调平部件12-15和滚珠丝杠支架24；

框架4上设置有滚珠丝杠支架24，所述滚珠丝杠支架24下方固定有手轮式滚珠丝杠组件5，所述手轮式滚珠丝杠组件5的活动端与推力球轴承A6的座圈固定连接，所述推力球轴承A6的轴圈连接推力杆，所述推力杆的末端通过高度调节部件A7与四点式吊装A8的连接，所述四点式吊装A8的下部铰接4个连接件，每个连接件上连接一个调平部件12-15，所述4个调平组件的末端为悬吊连接端，用于连接待悬吊部件；

所述的装配体B包括推力球轴承B9、高度调节部件B10、四点式吊装B11和4个调平部件16-19；

所述推力球轴承B9的座圈与天车1的驱动部件固定连接，所述推力球轴承B9的轴圈连接推力杆，所述推力杆的末端通过高度调节部件B10与四点式吊装B11的连接，所述四点式吊装B11的下部铰接4个连接件，每个连接件上连接一个调平部件，所述4个调平组件16-19的末端为悬吊连接端，用于连接待悬吊部件。

本实施方式中，如图1所示，负责起吊光学载荷2的四点式吊装A8；负责调平光学载荷2的4个调平部件12-15；负责提供起吊后光学载荷水平转动自由度的推力球轴承A6；负责提供起吊后光学载荷2水平转动自由度的推力球轴承A6；推力球轴承A6为起吊后的光学载荷2提供转动自由度，避免两部分连接后存在角度差进而对柔性支撑21产生额外扭力，推力球轴承A6根据负载能力需求进行选型。

负责实现光学载荷起吊后XYZ三轴精调的手轮式滚珠丝杠组件5及高度调节部件A7；滚珠丝杠组件5由两个滚珠丝杠模组组合而成，可实现两个水平方向的精调，根据所需行程及负载能力需求进行选型组装。

负责起吊光学载荷2的四点式吊装A8；负责调平光学载荷2的4个调平部件12-15；负责提供起吊后光学载荷水平转动自由度的推力球轴承A6；负责提供起吊后光学载荷2水平转动自由度的推力球轴承A6；推力球轴承A6为起吊后的光学载荷2提供转动自由度，避免两部分连接后存在角度差进而对柔性支撑21产生额外扭力，推力球轴承A6根据负载能力需求进行选型。

负责实现光学载荷起吊后XYZ三轴精调的手轮式滚珠丝杠组件5及高度调节部件A7；滚珠丝杠组件5由两个滚珠丝杠模组组合而成，可实现两个水平方向的精调，根据所需行程及负载能力需求进行选型组装。

负责起吊卫星平台3的四点式吊装B11；负责调平卫星平台3的4个调平部件16-19；负责提供起吊后卫星平台水平转动自由度的推力球轴承B9；推力球轴承B9为起吊后的卫星平台3提供转动自由度，避免两部分连接后存在角度差进而对柔性支撑21产生额外扭力，推力球轴承B9根据负载能力需求进行选型。

此装置通过使用滚珠丝杠组件、推力球轴承结合调平部件实现卫星光学载荷与带柔性支撑的卫星平台悬吊状态的精准对接，有效模拟柔性支撑在轨时的零应力力学边界，保证柔性支撑不因为光学载荷产生额外应力，并且在全试验阶段监测柔性支撑的力学边界状态，避免了试验中偶然因素对柔性支撑产生额外应力，提高地面试验结果的准确性。

实施方式二、本实施方式是对实施方式一所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置的进一步限定，本实施方式中，所述的高度调节部件A7与四点式吊装A8之间通过卸扣连接方式连接；所述高度调节部件B10与四点式吊装B11之间通过卸扣连接方式连接。

实施方式三、本实施方式是对实施方式一所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置的进一步限定，本实施方式中，所述的高度调节部件A7和所述高度调节部件B10均采用花篮螺栓实现。

实施方式四、本实施方式是对实施方式一所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置的进一步限定，所述的装配体A中的调平部件12-15和装配体B中的4个调平部件16-19均采用花篮螺栓实现。

本实施方式中，花篮螺栓能够实现长度的微调。

实施方式五、本实施方式是对实施方式一所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置的进一步限定，本实施方式中，所述的装配体A中的调平部件12-15用于调整被吊装部件至水平姿态。

本实施方式中，通过分别调整四个调平部件，调整四点式吊装A的四个角的高度，进而调整该四点式吊装A下面悬吊的部件的姿态，当该四点式吊装A为水平姿态时，被吊装的部件也处于水平姿态，实现对被吊装部件的水平姿态的调整。

实施方式六、本实施方式是对实施方式一所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置的进一步限定，本实施方式中，所述的装配体B中的调平部件16-19用于调节被吊装部件至水平姿态。

本实施方式与实施方式五的原理相同，通过调整装配体B中的4个调平部件赶16-19，来调整被悬吊部件的姿态为水平姿态。

实施方式七、本实施方式是对实施方式一所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置的进一步限定，本实施方式中，所述手轮式滚珠丝杠组件5中，手轮转动1度，丝杠移动0.014毫米。

实施方式八、本实施方式所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置的悬吊方法，该方法是采用实施方式一至七任意一项实施方式所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置实现的，包括以下步骤：

步骤S1，使得装配体A的末端与光学载荷连接，然后通过调节天车1，将所述光学载荷吊起；

步骤S2，使得装配体B末端的柔性支撑21与卫星平台固定连接，然后通过调整天车2，将所述卫星平台吊起；所述卫星平台与光学载荷的连接端固定有多个柔性支撑结构21；

步骤S3，调水平；

通过调整装配体A中的4个调平部件12-15调整四点式吊装A8，是的所述光学载荷处于水平状态；

通过调整装配体B中的4个调平部件16-19调整四点式吊装B11，使得所述卫星平台处于水平状态；

步骤S4，调高度、对齐；

分别调整装配体A中的手轮式滚珠丝杠组件5、高度调节部件A7实现控制光学载荷在XYZ三个方向的移动，使得光学载荷与卫星平台的柔性支撑结构21相对应，然后将所述光学载荷与所述柔性支撑结构21连接，所述的每个光学载荷与所述柔性支撑结构21之间均串联有一个力传感器20，用于采集每个柔性支撑结构21所承受的外力；

步骤S5，分别调整装备体A中的手轮式滚珠丝杠组件5、高度调节部件A7、装备体B中的高度调节部件B10，实时获取每一个力传感器2采集的力信号，直到所有力信号均在-10mN～10mN之间，此时柔性支撑没有额外应力，悬吊完成。

本实施方式中，用天车1起吊后，由于使用时装配体在Y方向对齐的基准位置对应框架的中间，此时连接天车的吊带应穿过框架4中间，滚珠丝杠组件5的手轮锁死。

此悬吊装置的装较方法可实现柔性支撑与光学载荷在悬吊状态下的精准对接，所选用的手轮式滚珠丝杠组件具备手轮转动360度，滚珠丝杠的平台移动5毫米，手轮旋转1度对应0.014毫米，也就是手轮式滚珠丝杠组件调控精度可达0.014毫米/度。

实施方式九、本实施方式是对实施方式八所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置的进一步限定，本实施方式中，步骤S3中所述的水平状态，是指采用电子水平尺22检测四点式吊装A8和四点式吊装B11的水平状态，所述电子水平尺22显示的示数在-0.1mm～0.1mm之间。

本实施方式中，负责检验悬吊物体是否调至水平的电子水平尺22，电子水平尺22可分别水平固定在光学载荷2和卫星平台3上，使光学载荷2和卫星平台3分别与地面水平。

实施方式十、本实施方式是对实施方式八所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置的进一步限定，本实施方式中，步骤S5中所述的实时获取每一个力传感器2采集的力信号的方法，是通过力传感器信号采集设备23同时采集每个力传感器20发出的力信号，并显示输出。

本实施方式中，负责检测柔性支撑是否受力的力传感器20及传感器信号采集设备23；力传感器20的数量与整个柔性支撑的连接点数量保持一致，一般大于等于3，本实施方式中采用12个，即n＝12，S为M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12取绝对值后加和的十二分之一，只有每个传感器示数均在-10mN～10mN时满足S小于等于10mN，代表12个连接点处均无较大外力拉扯或挤压柔性支撑，保证柔性支持的零应力边界状态，此时柔性支撑没有额外应力，可进行后续卫星试验测试。

Claims (10)

1.卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置，其特征在于，所述的悬吊装置包括天车(1)、装配体A和装配体B；

所述的天车(1)用于将装配体A和装配体B吊起，装配体A与装配体B上端均为吊带，将吊带套在天车(1)的吊钩上后完成起吊；

所述的装配体A包括框架(4)、手轮式滚珠丝杠组件(5)、推力球轴承A(6)、高度调节部件A(7)、四点式吊装A(8)、4个调平部件(12-15)和滚珠丝杠支架(24)；

框架(4)上设置有滚珠丝杠支架(24)，所述滚珠丝杠支架(24)下方固定有手轮式滚珠丝杠组件(5)，所述手轮式滚珠丝杠组件(5)的活动端与推力球轴承A(6)的座圈固定连接，所述推力球轴承A(6)的轴圈连接推力杆，所述推力杆的末端通过高度调节部件A(7)与四点式吊装A(8)的连接，所述四点式吊装A(8)的下部铰接4个连接件，每个连接件上连接一个调平部件(12-15)，所述4个调平组件的末端为悬吊连接端，用于连接待悬吊部件；

所述的装配体B包括推力球轴承B(9)、高度调节部件B(10)、四点式吊装B(11)和4个调平部件(16-19)；

所述推力球轴承B(9)的座圈与天车1的驱动部件固定连接，所述推力球轴承B(9)的轴圈连接推力杆，所述推力杆的末端通过高度调节部件B(10)与四点式吊装B(11)的连接，所述四点式吊装B(11)的下部铰接4个连接件，每个连接件上连接一个调平部件，所述4个调平组件(16-19)的末端为悬吊连接端，用于连接待悬吊部件。

2.根据权利要求1所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置，其特征在于，所述的高度调节部件A(7)与四点式吊装A(8)之间通过卸扣连接方式连接；所述高度调节部件B(10)与四点式吊装B(11)之间通过卸扣连接方式连接。

3.根据权利要求1所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置，其特征在于，所述的高度调节部件A(7)和所述高度调节部件B(10)均采用花篮螺栓实现。

4.根据权利要求1所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置，其特征在于，所述的装配体A中的调平部件(12-15)和装配体B中的4个调平部件(16-19)均采用花篮螺栓实现。

5.根据权利要求1所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置，其特征在于，所述的装配体A中的调平部件(12-15)用于调整被吊装部件至水平姿态。

6.根据权利要求1所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置，其特征在于，所述的装配体B中的调平部件(16-19)用于调节被吊装部件至水平姿态。

7.根据权利要求1所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置，其特征在于，所述手轮式滚珠丝杠组件(5)中，手轮转动1度，丝杠移动0.014毫米。

8.卫星地面试验柔性支撑零应力的悬吊方法，其特征在于，该方法是采用权利要求1至7任意一项权利要求所述的卫星地面试验柔性支撑零应力悬吊装置实现的，包括以下步骤：

步骤S1，使得装配体A的悬吊连接端与光学载荷连接，然后通过调节天车(1)，将所述光学载荷吊起；

步骤S2，使得装配体B的悬吊连接端与卫星平台固定连接，然后通过调整天车(1)，将所述卫星平台吊起；所述卫星平台与光学载荷的连接端固定有多个柔性支撑结构(21)；

步骤S3，调水平；

通过调整装配体A中的4个调平部件(12-15)调整四点式吊装A(8)，使得所述光学载荷处于水平状态；

通过调整装配体B中的4个调平部件(16-19)调整四点式吊装B(11)，使得所述卫星平台处于水平状态；

步骤S4，调高度、对齐；

分别调整装配体A中的手轮式滚珠丝杠组件(5)、高度调节部件A(7)实现控制光学载荷在XYZ三个方向的移动，使得光学载荷与卫星平台的柔性支撑结构(21)相对应，然后将所述光学载荷与所述柔性支撑结构(21)连接，所述的光学载荷与每个柔性支撑结构(21)之间均串联有一个力传感器(20)，用于采集每个柔性支撑结构(21)所承受的外力；

步骤S5，分别调整装备体A中的手轮式滚珠丝杠组件(5)、高度调节部件A(7)、装备体B中的高度调节部件B(10)，实时获取每一个力传感器(2)采集的力信号，直到所有力信号均在-10mN～10mN之间，此时柔性支撑没有额外应力，悬吊完成。

9.根据权利要求8所述的卫星地面试验柔性支撑零应力的悬吊方法，其特征在于，步骤S3中所述的水平状态，是指采用电子水平尺(22)检测四点式吊装A(8)和四点式吊装B(11)的水平状态，当所述电子水平尺(22)显示的示数在-0.1mm～0.1mm之间时，确定为水平状态。

10.根据权利要求8所述的卫星地面试验柔性支撑零应力的悬吊方法，其特征在于，步骤S5中所述的实时获取每一个力传感器(2)采集的力信号的方法，是通过力传感器信号采集设备(23)同时采集每个力传感器(20)发出的力信号，并显示输出。

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