CN115465481A - 星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涉及重力卸载装置领域的星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置及使用方法，包括装置吊点、可拼接圆环导轨、滑车、星间抛物面天线、天线可展开臂以及星间抛物面天线支撑骨架，装置吊点连接于可拼接圆环导轨的顶部，可拼接圆环导轨通过滑车与星间抛物面天线支撑骨架连接，星间抛物面天线支撑骨架连接于星间抛物面天线上，星间抛物面天线底部设有天线可展开臂。本发明专利通过可拼接圆环导轨实现星间抛物面天线空间三维条件下转动，重力卸载，设计精巧、结构简单。

Description

星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置及使用方法

技术领域

本发明涉及重力卸载装置领域，具体地，涉及星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置及使用方法。

背景技术

星间天线是卫星在轨组网的基础，为了弥补天线覆盖区域的不足，星间天线通常配置展开机构和指向机构，实现空间三维运动。在轨期间，产品不受重力影响，天线可以自由展开，如果地面试验不采用合适的重力卸载装置，展开过程的重力作用将损坏驱动机构。当前成熟应用于太阳翼、天线等产品的两维展开方法及重力卸载装置无法直接应用于本星间天线产品，因此需要根据产品特点、展开方案、运动轨迹等设计专用的星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置。

对卫星太阳翼、天线等产品展开过程重力卸载装置进行了调研和文献查询。中国发明专利“一种二维展开太阳翼重力卸载装置”(专利号CN103407589A)中，通过吊架、翻转梁、上下侧板吊绳等实现了二维太阳翼展开过程中的重力卸载，该发明仅能实现二维展开用，无法实现三维展开下的重力卸载。通过对比，本发明专利通过可拼接圆环导轨实现星间天线空间三维条件下转动，重力卸载，设计精巧、结构简单。

中国发明专利“一种基于气悬浮的空间可展开机构重力卸载装置”(专利号CN108146664A)中，通过气足及连接杆实现展开机构的重力卸载。该发明用气足仅能实现垂直平台面的单方向力，调节灵活性不足，展开的过程中需要配备气源、连接气管，现场操作繁琐，且有高压气体的风险。通过对比，本发明专利为无源设备，无需额外动力便可以实现星间天线三维展开过程的重力卸载。

中国发明专利“一种空间微波雷达伺服机构地面试验重力卸载装置”(专利号CN202624651U)中，通过悬吊装置实现微波雷达伺服机构地面试验重力卸载。该发明用悬吊方式仅能实现垂直平台面的单方向力，无法有效变换方位，无法实现三维重力卸载。通过对比，本发明专利并为简单的通过悬吊进行重力卸载，而是设计了可拼接圆环导轨，既能保证星间天线的三维运动，同时又能实现有效重力卸载。

中国发明专利“一种用于柱面展开机构的零重力悬挂试验装置”(专利号CN108535035A)中，通过悬吊绳连接展开机构，滑轮改向，进而通过配重平衡机构重力。该装置可实现结构刚度较大的金属产品重力卸载，对于蜂窝材料组成的星间天线则无法应用。该装置需通过电机和丝杠改变吊环位置，结构复杂，且丝杠容易发生卡滞或者摩擦力增大，增加了展开过程的风险。对比可见，本发明专利采用滑轮机构且机构间隙余量大，可以避免天线转动过程摩擦力增大的风险。

中国发明专利“一种用于空间可展开机构的气浮悬吊式重力卸载装置”(专利号CN113772137A)中，连接管托与对应的太阳翼基板下表面连接，连接托和弹簧调节支撑杆之间设置有承压弹簧，调节杆与滑轮组连接，通过滑轮组卸载太阳翼重力。该装置仅能单向卸载重力，且承压弹簧工作过程中存在偏斜的风险。对比可见，本发明专利通过简单的滑轮组合、环形道轨设计便实现了三维天线转动条件下的重力卸载，结构简单、操作方便。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种为了适应星间天线三维空间展开的需求、克服传统重力卸载装置的不足的星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置及使用方法。

根据本发明提供的一种星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置，包括装置吊点、可拼接圆环导轨、滑车、星间抛物面天线、天线可展开臂以及星间抛物面天线支撑骨架，装置吊点连接于可拼接圆环导轨的顶部，可拼接圆环导轨通过滑车与星间抛物面天线支撑骨架连接，星间抛物面天线支撑骨架连接于星间抛物面天线上，星间抛物面天线底部设有天线可展开臂；

展开试验过程中，通过装置吊点将重力卸载装置悬挂于展开桁架导轨上，星间抛物面天线在重力卸载装置的支撑和保护下整体运动；

天线驱动过程中，星间抛物面天线支撑骨架和星间抛物面天线在可拼接圆环导轨内转动，实现三位展开运动过程中的重力有效卸载，实现了微重力环境的模拟。

一些实施例中，滑车包括径向滚轮、轴向滚轮、滚轮轴、吊心铅锤调节板、俯仰轴承座、俯仰轴以及吊心轴向调节板，径向滚轮和轴向滚轮分别通过滚轮轴连接于吊心铅锤调节板上，吊心铅锤调节板连接于俯仰轴承座上，俯仰轴承座通过俯仰轴连接于吊心轴向调节板上；

径向滚轮和轴向滚轮滑动连接于可拼接圆环导轨上，吊心轴向调节板固定连接于星间抛物面天线支撑骨架上。

一些实施例中，滑车通过吊心铅锤调节板实现天线径向的位置调整，滑车通过吊心轴向调节板实现天线轴向的位置调整，使星间抛物面天线在可拼接圆环导轨内自由转动。

一些实施例中，径向滚轮和轴向滚轮与可拼接圆环导轨的接触面涂敷MoS₂。

一些实施例中，滑车呈凹字形。

一些实施例中，滑车对称分布，滑车固定连接于星间抛物面天线支撑骨架两端，且滑车通过滑轮副滑动连接于可拼接圆环导轨。

一些实施例中，滑车根据抛物面高度适度调节，调节范围≤20mm。

一些实施例中，可拼接圆环导轨采用分段设计，且可拼接圆环导轨上表面呈镂空状。

一些实施例中，星间抛物面天线上设有天线固定点，星间抛物面天线支撑骨架通过天线固定点与星间抛物面天线相连。

一种星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置的使用方法，包括如下步骤：

S1、组件状态确认滑车与可拼接圆环导轨的润滑状态，确认工作面清洁状态；

S2、调节星间抛物面天线在模拟墙上的安装精度，避免机构外力受损；

S3、安装星间抛物面天线支撑骨架，力矩扳手确认四个星间抛物面天线固定点连接可靠；

S4、两个滑车初步连接至两个可拼接圆环导轨，初步连接

型结构，螺钉不拧紧；

S5、两个可拼接圆环导轨接为圆形，力矩扳手确认连接状态；

S6、两人互相辅助的状态下转动可拼接圆环导轨，装配过程中、悬吊钢丝绳连接之前，保持可拼接圆环导轨重力不直接施加在天线上；

若滑车滑动不畅，调节滑车与可拼接圆环导轨间隙；

S7、卸载钢丝绳一端通过连接装置吊点，另一端通过滑车连接到展开桁架连接点上，通过配重实现重力卸载；

S8、星间抛物面天线的反射面压紧点脱离；

S9、星间抛物面天线的反射面旋转°，根部铰链展开°，观察星间抛物面天线周围钩挂情况，运动路径上是否有干涉；

S10、地面控制设备发送星间天线驱动机构驱动指令，实现星间抛物面天线°正向及反向旋转，旋转过程中观察滑车和可拼接圆环导轨工作状态，发现异常及时停止，避免产品受损风险。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明专利通过可拼接圆环导轨实现星间抛物面天线空间三维条件下转动，重力卸载，设计精巧、结构简单。星间天线展开试验过程中，卸载吊点不变的情况下天线在圆环导轨内可自由转动，避免传统悬吊方法多次拆装的复杂工序。径向调节轴承可实现20mm以内的调节，降低了展开装置对天线形位尺寸的要求，提高了装置在同类天线间的通用性。导轨与轴承间、轴承自身润滑均采用固体MoS₂润滑，避免传统油脂类润滑对光学卫星污染的风险，可推广性强，提升了展开装备在卫星之间的通用性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明滑车的结构示意图；

图3为本发明星间天线根部展开状态下的工作状态图。

图中标号：

装置吊点1、可拼接圆环导轨2、滑车3、径向滚轮31、轴向滚轮32、滚轮轴33、吊心铅锤调节板34、俯仰轴承座35、俯仰轴36、吊心轴向调节板37、星间抛物面天线4、天线可展开臂5、星间抛物面天线支撑骨架6。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

根据本发明提供的一种星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置，如图1所示，包括装置吊点1、可拼接圆环导轨2、滑车3、星间抛物面天线4、天线可展开臂5以及星间抛物面天线支撑骨架6，装置吊点1连接于可拼接圆环导轨2的顶部，可拼接圆环导轨2通过滑车3与星间抛物面天线支撑骨架6连接，星间抛物面天线支撑骨架6连接于星间抛物面天线4上，优选的，星间抛物面天线4上设有天线固定点。星间抛物面天线4底部设有天线可展开臂5。星间抛物面天线支撑骨架6采用碳纤维材料制造，通过四个星间抛物面天线固定点与星间抛物面天线相连，保证支撑刚度、强度的同时降低了卸载装置的消极重量。

可拼接圆环导轨2如图1所示，采用分段设计；通过两半圆拼接组合而成，组合后直径1200mm。工作面涂敷MoS2，非工作面采用镂空设计，既保证刚度、强度又最大限度降低卸载装置的消极重量。

工作原理：展开试验过程中，通过装置吊点1将重力卸载装置悬挂于展开桁架导轨上，星间抛物面天线4在重力卸载装置的支撑和保护下整体运动；

天线驱动过程中，星间抛物面天线支撑骨架6和星间抛物面天线4在可拼接圆环导轨2内转动，实现三位展开运动过程中的重力有效卸载，实现了微重力环境的模拟。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上完成的，如图2所示，具体的：

滑车3包括径向滚轮31、轴向滚轮32、滚轮轴33、吊心铅锤调节板34、俯仰轴承座35、俯仰轴36以及吊心轴向调节板37，径向滚轮31和轴向滚轮32分别通过滚轮轴33连接于吊心铅锤调节板34上，吊心铅锤调节板34连接于俯仰轴承座35上，俯仰轴承座35通过俯仰轴36连接于吊心轴向调节板37上；径向滚轮31和轴向滚轮32滑动连接于可拼接圆环导轨2上，吊心轴向调节板37固定连接于星间抛物面天线支撑骨架6上。

滑车3呈凹字形，优选的，滑车3根据抛物面高度可适度调节其位置，调节范围≤20mm。滑车3通过吊心铅锤调节板34实现天线径向的位置调整，滑车3通过吊心轴向调节板37实现天线轴向的位置调整，确保悬吊钢丝绳始终通过天线质心，使星间抛物面天线4在可拼接圆环导轨2内自由转动。

两个滑车3对称分布，滑车3固定连接于星间抛物面天线支撑骨架6两端，且滑车3通过滑轮副滑动连接于可拼接圆环导轨2。径向滚轮31和轴向滚轮32与可拼接圆环导轨2的接触面涂敷MoS₂。

实施例3

一种实施例1中星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置的使用方法，如图3所示，包括如下步骤：

S1、组件状态确认滑车3与可拼接圆环导轨2的润滑状态，确认工作面清洁状态；

S2、调节星间抛物面天线4在模拟墙上的安装精度，避免机构外力受损；

S3、安装星间抛物面天线支撑骨架6，力矩扳手确认四个星间抛物面天线4固定点连接可靠；

S4、两个滑车3初步连接至两个可拼接圆环导轨2，初步连接

型结构，螺钉不拧紧；

S5、两个可拼接圆环导轨2接为圆形，力矩扳手确认连接状态；

S6、两人互相辅助的状态下转动可拼接圆环导轨2，装配过程中、悬吊钢丝绳连接之前，保持可拼接圆环导轨2重力不直接施加在天线上；

若滑车3滑动不畅，调节滑车3与可拼接圆环导轨2间隙；

S7、卸载钢丝绳一端通过连接装置吊点1，另一端通过滑车3连接到展开桁架连接点上，通过配重实现重力卸载；

S8、星间抛物面天线4的反射面压紧点脱离；

S9、星间抛物面天线4的反射面旋转77°，根部铰链展开90°，观察星间抛物面天线4周围钩挂情况，运动路径上是否有干涉；

S10、地面控制设备发送星间天线驱动机构驱动指令，实现星间抛物面天线460°正向及反向旋转，旋转过程中观察滑车3和可拼接圆环导轨2工作状态，发现异常及时停止，避免产品受损风险。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置，其特征在于，包括装置吊点(1)、可拼接圆环导轨(2)、滑车(3)、星间抛物面天线(4)、天线可展开臂(5)以及星间抛物面天线支撑骨架(6)，所述装置吊点(1)连接于所述可拼接圆环导轨(2)的顶部，所述可拼接圆环导轨(2)通过所述滑车(3)与所述星间抛物面天线支撑骨架(6)连接，所述星间抛物面天线支撑骨架(6)连接于所述星间抛物面天线(4)上，所述星间抛物面天线(4)底部设有所述天线可展开臂(5)；

展开试验过程中，通过所述装置吊点(1)将重力卸载装置悬挂于展开桁架导轨上，所述星间抛物面天线(4)在所述重力卸载装置的支撑和保护下整体运动；

天线驱动过程中，所述星间抛物面天线支撑骨架(6)和所述星间抛物面天线(4)在所述可拼接圆环导轨(2)内转动，实现三位展开运动过程中的重力有效卸载，实现了微重力环境的模拟。

2.根据权利要求1所述的星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置，其特征在于，所述滑车(3)包括径向滚轮(31)、轴向滚轮(32)、滚轮轴(33)、吊心铅锤调节板(34)、俯仰轴承座(35)、俯仰轴(36)以及吊心轴向调节板(37)，所述径向滚轮(31)和所述轴向滚轮(32)分别通过所述滚轮轴(33)连接于所述吊心铅锤调节板(34)上，所述吊心铅锤调节板(34)连接于所述俯仰轴承座(35)上，所述俯仰轴承座(35)通过所述俯仰轴(36)连接于所述吊心轴向调节板(37)上；

所述径向滚轮(31)和所述轴向滚轮(32)滑动连接于所述可拼接圆环导轨(2)上，所述吊心轴向调节板(37)固定连接于所述星间抛物面天线支撑骨架(6)上。

3.根据权利要求2所述的星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置，其特征在于，所述滑车(3)通过所述吊心铅锤调节板(34)实现天线径向的位置调整，所述滑车(3)通过所述吊心轴向调节板(37)实现天线轴向的位置调整，使所述星间抛物面天线(4)在所述可拼接圆环导轨(2)内自由转动。

4.根据权利要求2所述的星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置，其特征在于，所述径向滚轮(31)和所述轴向滚轮(32)与所述可拼接圆环导轨(2)的接触面涂敷MoS₂。

5.根据权利要求1所述的星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置，其特征在于，所述滑车(3)呈凹字形。

6.根据权利要求1所述的星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置，其特征在于，所述滑车(3)对称分布，所述滑车(3)固定连接于所述星间抛物面天线支撑骨架(6)两端，且所述滑车(3)通过滑轮副滑动连接于所述可拼接圆环导轨(2)。

7.根据权利要求1所述的星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置，其特征在于，所述滑车(3)根据抛物面高度适度调节，调节范围≤20mm。

8.根据权利要求1所述的星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置，其特征在于，所述可拼接圆环导轨(2)采用分段设计，且所述可拼接圆环导轨(2)上表面呈镂空状。

9.根据权利要求1所述的星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置，其特征在于，所述星间抛物面天线(4)上设有天线固定点，所述星间抛物面天线支撑骨架(6)通过所述天线固定点与所述星间抛物面天线(4)相连。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述的星间天线三维空间展开过程用重力卸载装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、组件状态确认所述滑车(3)与所述可拼接圆环导轨(2)的润滑状态，确认工作面清洁状态；

S2、调节所述星间抛物面天线(4)在模拟墙上的安装精度，避免机构外力受损；

S3、安装所述星间抛物面天线支撑骨架(6)，力矩扳手确认四个所述星间抛物面天线(4)固定点连接可靠；

S4、两个所述滑车(3)初步连接至两个所述可拼接圆环导轨(2)，初步连接

型结构，螺钉不拧紧；

S5、两个所述可拼接圆环导轨(2)接为圆形，力矩扳手确认连接状态；

S6、两人互相辅助的状态下转动所述可拼接圆环导轨(2)，装配过程中、悬吊钢丝绳连接之前，保持所述可拼接圆环导轨(2)重力不直接施加在天线上；

若所述滑车(3)滑动不畅，调节所述滑车(3)与所述可拼接圆环导轨(2)间隙；

S7、卸载钢丝绳一端通过连接所述装置吊点(1)，另一端通过所述滑车(3)连接到展开桁架连接点上，通过配重实现重力卸载；

S8、所述星间抛物面天线(4)的反射面压紧点脱离；

S9、所述星间抛物面天线(4)的反射面旋转77°，根部铰链展开90°，观察所述星间抛物面天线(4)周围钩挂情况，运动路径上是否有干涉；

S10、地面控制设备发送星间天线驱动机构驱动指令，实现所述星间抛物面天线(4)60°正向及反向旋转，旋转过程中观察所述滑车(3)和所述可拼接圆环导轨(2)工作状态，发现异常及时停止，避免产品受损风险。

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