CN115636115B - 太阳翼二次展开重力卸载试验装置 - Google Patents

Abstract

太阳翼二次展开重力卸载试验装置，解决了现有导轨吊挂式太阳翼展开重力卸载装置仅能进行一次展开的问题，采用卷扬机磁悬浮滑车代替传统配重块实现了太阳翼的重力卸载，属于航天器空间展开技术领域。本发明包括主框承力框架、纵向支撑、横向支撑和吊挂单元；主框承力框架位于太阳翼上方；纵向支撑固定在主框承力框架上，横向支撑与主框承力框架之间用滑动副连接，可沿纵向支撑的长度方向直线移动，横向支撑与纵向支撑垂直；轭架、主面板的吊挂单元分布设置在纵向支撑上，可沿纵向支撑的长度方向移动，侧面板的吊挂单元分布设置在横向支撑上，且能在横向支撑上沿横向支撑的长度方向移动。本发明能够完成太阳翼系统的二次展开过程。

Description

太阳翼二次展开重力卸载试验装置

技术领域

本发明是一种基于卷扬机磁悬浮滑车的太阳翼二次展开重力卸载试验装置，属于航天器空间展开技术领域。

背景技术

由于运载火箭的空间限制，航天器的展开附件如太阳翼等在发射过程中往往处于收拢的状态，在航天器入轨后再进行展开。太空中的航天器的重力环境与地面完全不同，因此在空间展开机构的研制过程中往往需要在地面模拟其在微重力环境下的展开过程。能够沿两个方向展开的太阳翼是一种典型的航天器展开附件，目前很少有针对于此种结构的微重力试验装置，因此，需要设计一种能够完成太阳翼二次展开的重力卸载装置，进行地面微重力模拟试验。

目前常见的展开机构重力卸载试验方法包括，导轨吊挂试验，气球试验，气浮试验等。

气球试验只能应用于质量较轻，展开速度较小的展开机构。气浮平台虽然能够作用于展开速度较大的展开机构，但是其只能支持展开机构的二维平面运动，限制了展开机构三维空间运动。考虑到太阳翼结构二次展开的特殊空间三维运动，采用导轨吊挂式的重力卸载试验装置。导轨吊挂重力卸载试验装置结构简单，容易在室内实现，可以进行三维空间展开。但常见的导轨吊挂式太阳翼展开重力卸载装置仅能进行一次展开，且用于卸载重力的配重块存在的惯性会导致附加力矩。

发明内容

针对现有导轨吊挂式太阳翼展开重力卸载装置仅能进行一次展开的问题，本发明提供一种太阳翼二次展开重力卸载试验装置。

本发明提供一种太阳翼二次展开重力卸载试验装置，所述装置包括主框承力框架、纵向支撑、横向支撑和吊挂单元，吊挂单元包括轭架吊挂单元、主面板吊挂单元和侧面板吊挂单元；

主框承力框架位于星本体及太阳翼上方；

纵向支撑固定在主框承力框架上，横向支撑设置在主框承力框架上，且与主框承力框架之间用滑动副连接，横向支撑能在主框承力框架上沿纵向支撑的长度方向直线移动，横向支撑与纵向支撑垂直；

纵向支撑的长度大于太阳翼面板完全展开之后的长度，横向支撑的长度大于太阳翼面板宽度的两倍；

主面板吊挂单元的数量与太阳翼主面板的数量相同，侧面板吊挂单元的数量与太阳翼侧面板的数量相同；

轭架吊挂单元、主面板吊挂单元分布设置在纵向支撑上，且能在纵向支撑上沿纵向支撑的长度方向直线移动，轭架吊挂单元用于连接太阳翼的轭架，每个主面板吊挂单元用于连接太阳翼的一个主面板；

侧面板吊挂单元分布设置在横向支撑上，且能在横向支撑上沿横向支撑的长度方向直线移动，每个侧面板吊挂单元用于连接太阳翼的一个侧面板。

作为优选，所述纵向支撑包括两个纵向梁，横向支撑包括一个横向梁，横向梁中设有通槽，通槽的长度大于太阳翼面板宽度的两倍；

轭架吊挂单元、主面板吊挂单元和侧面板吊挂单元均采用导轨、卷扬机磁悬浮滑车和吊绳实现，轭架吊挂单元及主面板吊挂单元的导轨架在两个纵向梁上；侧面板吊挂单元的导轨安装在横向梁的通槽上，且导轨能够在对应梁上直线移动，卷扬机磁悬浮滑车设置在导轨上，工作时卷扬机磁悬浮滑车悬浮在导轨上，能够在导轨上直线滑动，吊绳的一端缠在卷扬机磁悬浮滑车的卷扬筒上，另一端连接对应轭架、主面板或侧面板。

作为优选，所述卷扬机磁悬浮滑车包括联轴器、单级减速器、卷扬机端盖、卷扬筒、轴承座、卷扬机机架和磁悬浮小车；

联轴器的输出轴与单级减速器的输入轴连接，单级减速器的输出端与卷扬筒转轴的一端连接，卷扬筒转轴的另一端与轴承座连接；

单级减速器、卷扬机端盖、卷扬筒、轴承座位于卷扬机机架上，卷扬机机架位于磁悬浮小车上，磁悬浮小车位于导轨上方。

作为优选，所述磁悬浮小车和卷扬机机架的对应位置上设置有竖直限位孔，卷扬筒上的吊绳从限位孔中伸出与下方的对应轭架、主面板或侧面板连接。

作为优选，所述装置还包括控制器；

控制器用于控制各导轨、卷扬机磁悬浮滑车的质心所处位置、吊绳的回收或者释放、吊绳的拉力。

作为优选，所述装置还包括轭架位置传感器、主面板位置传感器和侧面板位置传感器；

轭架位置传感器安装在太阳翼轭架的质心位置，太阳翼的每个主面板的质心位置安装一个主面板位置传感器，太阳翼的每个侧面板的质心位置安装一个侧面板位置传感器；

轭架位置传感器、主面板位置传感器和侧面板位置传感器检测到质心位置同时发送给控制器；

控制器，用于根据检测到的质心位置，控制轭架、主面板对应的导轨在X轴方向滑动，及控制对应卷扬机磁悬浮滑车在对应导轨上沿着Z轴方向滑动，使对应导轨、卷扬机磁悬浮滑车实时跟随轭架及主面板的质心位置，控制侧面板对应的卷扬机磁悬浮滑车在对应导轨上沿着X轴方向滑动，使对应导轨、卷扬机磁悬浮滑车实时跟随侧面板的质心位置，X轴方向为纵向支撑的长度的长度方向，Z轴方向为横向支撑的长度方向。

作为优选，所述装置还包括轭架角度传感器、主面板角度传感器和侧面板角度传感器；

轭架角度传感器安装在太阳翼轭架的吊绳上，太阳翼的每个主面板的吊绳上安装一个主面板角度传感器，太阳翼的每个侧面板的吊绳上安装一个侧面板角度传感器；

轭架角度传感器、主面板角度传感器和侧面板角度传感器检测吊绳偏离Y轴的角度，并同时发送给控制器；Y轴表示竖直方向；

控制器，用于当检测到的偏离Y轴的角度超过设定角度阈值，控制各个吊挂单元的卷扬机磁悬浮滑车的卷扬筒转动，进而使吊绳回收或者释放，使吊绳偏离Y轴的角度不超过设定角度阈值。

作为优选，所述装置还包括轭架力传感器、主面板力传感器和侧面板力传感器；

轭架力传感器安装在太阳翼轭架的吊绳上，太阳翼的每个主面板的吊绳上安装一个主面板力传感器，太阳翼的每个侧面板的吊绳上安装一个侧面板力传感器；

轭架力传感器、主面板力传感器和侧面板力传感器检测所在吊绳的拉力，并同时发送给控制器；

控制器，用于根据检测到的拉力，通过动力学卸载公式计算相应吊绳的卸载效率，根据卸载效率控制各个吊挂单元的卷扬机磁悬浮滑车的卷扬筒转动，进而使吊绳回收或者释放，使卸载效率达到最佳。

作为优选，所述装置还包括承重墙；

承重墙固定在地面上，主框承力框架位于承重墙上方，星本体及太阳翼固定在承重墙的侧面。

本发明还提供一种太阳翼二次展开重力卸载试验装置的试验方法，包括：

S1、轭架、主面板和侧面板收拢在星本体上；

S2、星本体上的主驱动电机驱动太阳翼进行第一次展开：

轭架在主驱动电机的作用下绕着Y轴正方向展开，各主面板在对应绳索联动器的作用下，跟随轭架同步展开，同时，轭架连接的吊绳、主面板连接的吊绳将带动对应导轨在纵向梁上沿着X轴方向移动，同时，侧面板的吊绳将带动横向梁在主承力框架上沿着X轴方向直线移动，侧面板依然收拢在主面板上；

S3、根据轭架位置传感器、主面板位置传感器及侧面板位置传感器实时检测到的质心位置，控制各对应导轨、卷扬机磁悬浮滑车跟随轭架及主面板、侧面板的质心位置；

同时，根据轭架角度传感器、主面板角度传感器和侧面板角度传感器实时检测轭架、主面板和侧面板的吊绳偏离Y轴的角度，控制各个卷扬机磁悬浮滑车的卷扬筒转动，使吊绳偏离Y轴的角度不超过设定角度阈值；

同时，轭架力传感器、主面板力传感器和侧面板力传感器检测所在吊绳的拉力，控制各个卷扬机磁悬浮滑车的卷扬筒转动，使卸载效率达到最佳；

当轭架位置传感器、主面板位置传感器检测到轭架以及各主面板到达完全展开位置后，轭架锁定装置、主面板锁定装置启动，一次展开部件锁定；

S4、各侧面板依次展开及锁定，太阳翼的二次展开锁定过程完成：

侧面板驱动电机驱动侧面板绕X轴正方向展开，同时，根据侧面板位置传感器实时检测到的质心位置，控制对应导轨、卷扬机磁悬浮滑车跟侧面板的质心位置；

卷扬机磁悬浮滑车的位置与对应侧面板的质心位置的关系式为Z＝Z_C±0.5Lsin(θ)，其中Z表示卷扬机磁悬浮滑车的位置，Z_C表示对应侧面板的质心位置，L表示侧面板的短边长度，θ表示侧面板的展开角度；

同时，根据侧面板角度传感器实时检测侧面板吊绳偏离Y轴的角度，控制对应卷扬机磁悬浮滑车的卷扬筒转动，使吊绳偏离Y轴的角度不超过设定角度阈值；

同时，根据侧面板力传感器检测所在吊绳的拉力，控制对应卷扬机磁悬浮滑车的卷扬筒转动，使卸载效率达到最佳；

当侧面板位置传感器检测到侧面板到达完全展开位置后，对应侧面板锁定机构启动，侧面板锁定。

本发明的有益效果，本发明通过同时设计纵向支撑、横向支撑，这样的垂直导轨，区别于传统太阳翼一次展开重力卸载装置，能够完成太阳翼系统的二次展开过程。本发明采用卷扬机磁悬浮滑车代替传统导轨吊挂系统的配重块，能够避免配重块惯性带来的附加力矩作用，属于一种主动重力补偿方式。本发明通过安装位置传感器、角度传感器实时监测展开构件的位置信号，吊绳的角度信号，并将其传输到控制器内，控制导轨及卷扬机磁悬浮滑车主动跟随太阳帆板的展开，实时调控吊绳处于垂直状态。属于主动跟随的重力卸载装置。

附图说明

图1是本发明的基于卷扬机磁悬浮滑车的太阳翼二次展开重力卸载试验装置整体结构示意图。

图2为图1的主视图；

图3为图1的右视图；

图4是本发明的卷扬机磁悬浮滑车结构示意图；

图5是本发明的太阳翼二次展开重力卸载试验的展开过程示意图。图5(a)完全锁定状态，图5(b)一次展开状态，图5(c)一次锁定状态，图5(d)二次展开状态，图5(e)二次展开状态。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本实施方式的太阳翼二次展开重力卸载试验装置，包括主框承力框架、纵向支撑、横向支撑和吊挂单元，吊挂单元包括轭架吊挂单元、主面板吊挂单元和侧面板吊挂单元；纵向支撑固定在主框承力框架上，横向支撑与主框承力框架之间用滑动副连接，横向支撑能在主框承力框架上沿纵向支撑的长度方向直线移动，横向支撑与纵向支撑垂直；轭架吊挂单元、主面板吊挂单元分布设置在纵向支撑上，且能在纵向支撑上沿纵向支撑的长度方向直线移动，侧面板吊挂单元分布设置在横向支撑上，且能在横向支撑上沿横向支撑的长度方向直线移动。

展开前，轭架、主面板收拢在星本体上，侧面板收拢在主面板上，横向支撑及吊挂单元也收拢在轭架、主面板和侧面板上方，星本体上的主驱动电机驱动太阳翼进行第一次展开时，轭架在主驱动电机的作用下绕着正Y轴方向展开，各主面板在对应绳索联动器的作用下，跟随轭架同步展开，同时，轭架连接的吊绳、主面板连接的吊绳将带动对应导轨在纵向梁上沿着X轴方向移动，同时，侧面板的吊绳将带动横向支撑在主承力框架上沿着X轴方向直线移动，侧面板依然收拢在主面板上；完成第一次展开锁定过程；然后侧面板驱动电机驱动侧面板绕X轴正方向依次展开，完成第二次展开锁定。

本实施方式的吊挂单元可采用传统吊挂配重块的方式实现，由于展开到设定位置后配重块的惯性会带来额外的力矩作用，优选实施例中，纵向支撑包括两个纵向梁，纵向梁的安装位置在X轴方向对称于完全展开的主面板的中心面；横向支撑包括一个横向梁，横向梁中设有通槽，通槽的长度大于太阳翼面板宽度的两倍；

轭架吊挂单元、主面板吊挂单元和侧面板吊挂单元均采用导轨、卷扬机磁悬浮滑车和吊绳实现。轭架吊挂单元及主面板吊挂单元的导轨架在两个纵向梁上；侧面板吊挂单元的导轨安装在横向梁的通槽上，且导轨能够在对应梁上直线移动，卷扬机磁悬浮滑车设置在导轨上，工作时卷扬机磁悬浮滑车在磁场斥力的作用下悬浮在导轨上，能够在导轨上直线滑动，吊绳的一端缠在卷扬机磁悬浮滑车的卷扬筒上，另一端连接对应轭架、主面板或侧面板。

本实施方式的卷扬机磁悬浮滑车代替传统导轨吊挂系统的配重块，能够避免配重块惯性带来的附加力矩作用，属于一种主动重力补偿方式。

优选实施例中，横向支撑和吊挂单元采用主动跟随轭架、主面板和侧面板，设置了位置传感器、角度传感器和力传感器；位置传感器用于检测轭架、主面板和侧面板的质心；角度传感器用于检测吊挂单元吊绳的偏离Y轴的角度；力传感器用于检测吊挂单元吊绳的拉力；根据检测到的质心位置、吊绳偏离Y轴的角度和吊绳的拉力通过控制器控制对应导轨在X轴方向滑动、卷扬机磁悬浮滑车在对应导轨上沿着Z轴方向滑动、控制对应卷扬筒的转动使吊绳回收或者释放，进而使对应导轨、卷扬机磁悬浮滑车实时跟随轭架、主面板、侧面板的质心位置，及吊绳偏离Y轴的角度不超过设定角度阈值，及卸载效率达到最佳。

具体实施例：本实施例的太阳翼包括星本体9、轭架10、一号主面板11、二号主面板12、三号主面板13、一号侧面板14、二号侧面板15、一号绳索联动装置16、二号绳索联动器17、三号绳索联动器18、轭架锁定装置19、三个主面板锁定装置、两个侧面板锁定装置、主驱动电机31、一号侧面板驱动电机32、号侧面板驱动电机33；

三个主面板锁定装置包括一号主面板锁定装置20-1，二号主面板锁定装置20-2，三号主面板锁定装置20-3。

两个侧面板锁定装置包括一号侧面板锁定装置21-1、二号侧面板锁定装置21-2。

连接轭架的卷扬机磁悬浮滑车22包括联轴器22-1、单级减速器22-2、卷扬机端盖22-3、卷扬筒22-4、轴承座22-5、卷扬机机架22-6、磁悬浮小车22-7、限位孔22-8。

限位孔22-8设置在磁悬浮小车22-7和卷扬机机架22-6上，卷扬筒上的吊绳从限位孔22-8中伸出与下方的对应轭架、主面板或侧面板连接，限位孔22-8可以避免绳子发生倾斜，限制绳子位置。

三条主面板的钢丝吊绳包括一号主面板的钢丝吊绳29-1、二号主面板的钢丝吊绳29-2、三号主面板的钢丝吊绳29-3。

两条侧面板的钢丝吊绳包括一号侧面板的钢丝吊绳30-1、二号侧面板的钢丝吊绳30-2。

本实施例的太阳翼二次展开重力卸载试验装置，包括承重墙1、主框承力框架2、两条纵向梁3、一条横向梁4、一号横向导轨5、二号横向导轨6、三号横向导轨7、四号横向导轨8、一号纵向导轨、二号纵向导轨、连接轭架的卷扬机磁悬浮滑车22、连接一号主面板的卷扬机磁悬浮滑车23、连接二号主面板的磁悬浮滑车24、连接三号主面板的卷扬机磁悬浮滑车25、连接一号侧面板的卷扬机磁悬浮滑车26、连接二号侧面板的卷扬机磁悬浮滑车27、轭架的钢丝吊绳28、三条主面板的钢丝吊绳、两条侧面板的钢丝吊绳、轭架角度传感器34、三个主面板角度传感器、两个侧面板角度传感器、轭架位置传感器37、三个主面板位置传感器、两个侧面板位置传感器、轭架力传感器40、三个主面板力传感器、两个侧面板力传感器。

三个主面板角度传感器包括一号主面板角度传感器35-1、二号主面板角度传感器35-2、三号主面板角度传感器35-3。

两个侧面板角度传感器包括一号侧面板角度传感器36-1、二号侧面板角度传感器36-2。

三个主面板位置传感器包括一号主面板位置传感器38-1、二号主面板位置传感器38-2、三号主面板位置传感器38-3。

两个侧面板位置传感器包括一号侧面板位置传感器39-1、二号侧面板位置传感器39-2。

三个主面板力传感器包括一号主面板力传感器41-1、二号主面板力传感器41-2、三号主面板力传感器41-3。

两个侧面板力传感器包括一号侧面板力传感器42-1、二号侧面板力传感器42-2。

承重墙1固定在地面上，太阳翼及星本体9固定连接在承重墙1上。轭架10和星本体9，一号主面板11和轭架10，二号主面板12和一号主面板11，三号主面板13和二号主面板12，一号侧面板14和二号主面板12，二号侧面板15和二号主面板12之间用旋转铰链连接。

一号绳索联动器16安装在星本体9和一号主面板11上，二号绳索联动器17安装在轭架10和二号主面板12上，三号绳索联动器18安装在一号主面板11和三号主面板13上。绳索联动器用来控制轭架10和一号主面板11，二号主面板12，三号主面板13的同步展开。轭架锁定装置19、三个主面板锁定装置、两个侧面板锁定装置安装在相应部件之间的连接铰链上。

一号横向导轨5、二号横向导轨6、三号横向导轨7、四号横向导轨8安装在两条纵向梁3上，横向导轨可以在纵向梁上沿X轴方向滑动。连接轭架的卷扬机磁悬浮滑车22安装在一号横向导轨5上，连接一号主面板的卷扬机磁悬浮滑车23安装在二号横向导轨6上、连接二号主面板的卷扬机磁悬浮滑车24安装在三号横向导轨7上、连接三号主面板的卷扬机磁悬浮滑车25安装在四号横向导轨8上、卷扬机磁悬浮滑车(22、23、24、25)可以在对应的横向导轨上沿Z轴方向滑动。横向梁4中设有通槽，通槽的长度大于太阳翼面板宽度的两倍；一号纵向导轨、二号纵向导轨安装在横向梁4上，连接一号侧面板的卷扬机磁悬浮滑车26和连接二号侧面板的卷扬机磁悬浮滑车27分别安装在一号纵向导轨、二号纵向导轨上，可以在一号纵向导轨、二号纵向导轨上沿着X轴方向滑动。

轭架的钢丝吊绳28一端连接在轭架10上端，另外一端缠绕在连接轭架10的卷扬机磁悬浮滑车22的卷扬筒22-4上，钢丝吊绳沿Y轴方向，吊点位置在轭架上边框，其X,Z坐标和轭架的质心相同。同理，三条主面板的钢丝吊绳一端连接在对应主面板上，另外一端缠绕在连接三个主面板的卷扬机磁悬浮滑车(23、24、25)的卷扬筒上，钢丝吊绳沿Y轴方向，吊点的位置在主面板外侧长边中点处。两条侧面板的钢丝吊绳一端连接在对应侧面板上，另外一端缠绕在连接两个侧面板的卷扬机磁悬浮滑车(26、27)的卷扬筒上，钢丝吊绳沿Y轴方向，吊点位置在侧面板的长边中点处。

轭架位置传感器37安装在轭架10的质心位置、三个主面板位置传感器安装在对应主面板的质心位置、两个侧面板位置传感器安装在对应侧面板的质心位置，用于测量太阳翼在地面展开试验过程中各个展开部件的质心位置。随时将展开部件质心位置传递到控制器内，保证卷扬机磁悬浮滑车实时精确跟随展开部件质心位置移动。

轭架角度传感器34安装在轭架的钢丝吊绳28上、三个主面板角度传感器对应安装在三条主面板的钢丝吊绳上、两个侧面板角度传感器对应安装在两条侧面板的钢丝吊绳上。在太阳翼系统展开过程中，角度传感器实时测量钢丝吊绳偏离Y轴的角度，设定角度阈值(例如：正负0.1°)，当传感器的测量值超过设定阈值时，传输控制信号到控制器内，控制吊绳的回收或者释放，从而保持钢丝吊绳竖直，沿Y轴方向。

轭架力传感器40安装在轭架的钢丝吊绳28上、三个主面板力传感器对应安装在三条主面板的钢丝吊绳上、两个侧面板力传感器对应安装在两条侧面板的钢丝吊绳上。实时测量钢丝吊绳拉力，通过动力学卸载公式计算钢丝吊绳的卸载效率，传输控制信号到卷扬机磁悬浮滑车内，控制单机减速器带动卷扬筒，对钢丝吊绳进行回收或者释放，控制钢丝吊绳的拉力使得重力卸载效率达到最佳。

本实施例太阳翼二次展开重力卸载试验装置的试验方法，包括：

如图5(a)所示，展开卸载试验开始前，一号侧面板14、二号侧面板15收拢在二号主面板12上，轭架10、一号主面板11，二号主面板12及其收拢侧面板14，15、三号主面板13收拢在星本体9上。

如图5(b)所示，主驱动电机31开始驱动太阳翼的第一次展开，一号侧面板14，二号侧面板15依然收拢在二号主面板12上。轭架10在主驱动电机31的作用下开始绕着正Y轴方向展开，一号主面板11，二号主面板12，三号主面板13在一号绳索联动器16，二号绳索联动器17，三号绳索联动器18的作用下，跟随轭架10同步展开。实时的，轭架的钢丝吊绳28、三条主面板的钢丝吊绳将带动一号横向导轨5、二号横向导轨6、三号横向导轨7、四号横向导轨8在两条纵向梁3上沿着正X轴方向水平滑动。实时的，侧面板的钢丝吊绳将带动横向梁4在主承力框架2上沿着正X轴方向水平滑动。

轭架位置传感器37、三个主面板位置传感器实时监测轭架10，一号主面板11，二号主面板12，三号主面板13的质心位置，同时将该控制信号传递到控制器内，控制器控制一号横向导轨5、二号横向导轨6、三号横向导轨7、四号横向导轨8在纵向梁上沿X轴方向滑动，控制卷扬机磁悬浮滑车在一号横向导轨5、二号横向导轨6、三号横向导轨7、四号横向导轨8上沿着Z轴方向滑动，保证导轨、卷扬机磁悬浮滑车的位置能够精确跟随展开构件的质心位置。两个侧面板位置传感器实时监测一号侧面板14、二号侧面板15的质心位置，同时将该控制信号传递到控制器，控制器控制一号纵向导轨、二号纵向导轨在横向梁上沿Z轴方向滑动，控制卷扬机磁悬浮滑车在横向梁4上沿着X轴方向滑动，保证卷扬机磁悬浮滑车的位置能够精确跟随展开构件的质心位置。轭架角度传感器34、三个主面板角度传感器、两个侧面板角度传感器实时测量轭架的钢丝吊绳28、三条主面板的钢丝吊绳、两条侧面板的钢丝吊绳偏离Y轴方向的角度，传输控制信号到控制器，控制器控制卷扬筒上吊绳的回收或者释放，保持钢丝吊绳垂直，沿Y轴方向。轭架力传感器40、三个主面板力传感器、两个侧面板力传感器实时监测轭架的钢丝吊绳28、三条主面板的钢丝吊绳、两条侧面板的钢丝吊绳上的拉力，传输控制信号到卷扬机磁悬浮滑车，控制钢丝吊绳的拉力使得重力卸载效率达到最佳。

通过轭架力传感器40、三个主面板力传感器和轭架角度传感器34、三个主面板角度传感器监测钢丝吊绳的偏离角度及拉力后，控制器实时控制吊绳的长度，保证吊绳沿Y轴方向垂直，拉力处于最佳卸载范围，系统保持稳定，至此太阳翼一次展开锁定过程完成。

如图5(c)所示，当轭架位置传感器37、三个主面板位置传感器监测到轭架10以及三个主面板(11、12、13)到达完全展开位置后，轭架锁定装置19、三个主面板锁定装置启动，一次展开部件锁定。

如图5(d)所示，一号侧面板驱动电机32开始驱动一号侧面板14绕X轴正方向展开，实时的，一号侧面板的钢丝吊绳30-1将带动一号纵向导轨在一条横向梁4上沿着Z轴方向滑动(先沿着负Z轴方向，后沿着正Z轴方向)。一号侧面板位置传感器39-1实时监测一号侧面板的质心位置，并将其传递给一号侧面板的卷扬机磁悬浮滑车26，保证卷扬机磁悬浮滑车跟随一号侧面板质心滑动。卷扬机磁悬浮滑车26的位置与一号侧面板14质心位置的关系式为Z1＝Z_C1-0.5L1sin(θ1)，其中Z1表示卷扬机磁悬浮滑车26的位置，Z_C1表示一号侧面板14的质心位置，L1表示一号侧面板14的短边长度，θ1表示一号侧面板14的展开角度。一号侧面板角度传感器36-1及一号侧面板力传感器42-1实时监测一号侧面板的钢丝吊绳30-1的偏离角度及拉力后，控制吊绳的长度，保证吊绳沿Y轴方向垂直，拉力处于最佳卸载范围。

当一号侧面板位置传感器39-1测量到一号侧面板14到达完全展开位置后，一号侧面板锁定机构21-1启动，一号侧面板14锁定。

二号侧面板驱动电机33开始驱动二号侧面板15绕X轴正方向展开，实时的，二号侧面板的钢丝吊绳30-2将带动二号纵向导轨在一条横向梁4上沿着Z轴方向滑动(先沿着正Z轴方向，后沿着负Z轴方向)。二号侧面板位置传感器39-2实时监测二号侧面板的质心位置，并将其传递给连接二号侧面板的卷扬机磁悬浮滑车27，保证卷扬机磁悬浮滑车跟随二号侧面板质心滑动。连接二号侧面板的卷扬机磁悬浮滑车27的位置与二号侧面板的质心位置的关系式为Z2＝Z_C2+0.5L2sin(θ2)，其中Z2表示卷扬机磁悬浮滑车27的位置，Z_C2表示二号侧面板15的质心位置，L2表示二号侧面板15的短边长度，θ2表示二号侧面板15的展开角度。二号侧面板角度传感器36-2及二号侧面板力传感器42-2实时监测二号侧面板的钢丝吊绳30-2的偏离角度及拉力后，控制吊绳的长度，保证吊绳沿Y轴方向垂直，拉力处于最佳卸载范围。

如图5(e)所示，当二号侧面板位置传感器39-2监测到二号侧面板15到达完全展开位置后，二号侧面板锁定机构21-2启动，二号侧面板15锁定。至此太阳翼的二次展开锁定过程完成。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (7)

1.太阳翼二次展开重力卸载试验装置，其特征在于，所述装置包括主框承力框架、纵向支撑、横向支撑和吊挂单元，吊挂单元包括轭架吊挂单元、主面板吊挂单元和侧面板吊挂单元；

主框承力框架位于星本体及太阳翼上方；

纵向支撑固定在主框承力框架上，横向支撑设置在主框承力框架上，且与主框承力框架之间用滑动副连接，横向支撑能在主框承力框架上沿纵向支撑的长度方向直线移动，横向支撑与纵向支撑垂直；

纵向支撑的长度大于太阳翼面板完全展开之后的长度，横向支撑的长度大于太阳翼面板宽度的两倍；

主面板吊挂单元的数量与太阳翼主面板的数量相同，侧面板吊挂单元的数量与太阳翼侧面板的数量相同；

轭架吊挂单元、主面板吊挂单元分布设置在纵向支撑上，且能在纵向支撑上沿纵向支撑的长度方向直线移动，轭架吊挂单元用于连接太阳翼的轭架，每个主面板吊挂单元用于连接太阳翼的一个主面板；

侧面板吊挂单元分布设置在横向支撑上，且能在横向支撑上沿横向支撑的长度方向直线移动，每个侧面板吊挂单元用于连接太阳翼的一个侧面板；

所述纵向支撑包括两个纵向梁，横向支撑包括一个横向梁，横向梁中设有通槽，通槽的长度大于太阳翼面板宽度的两倍；

轭架吊挂单元、主面板吊挂单元和侧面板吊挂单元均采用导轨、卷扬机磁悬浮滑车和吊绳实现，轭架吊挂单元及主面板吊挂单元的导轨架在两个纵向梁上；侧面板吊挂单元的导轨安装在横向梁的通槽上，且导轨能够在对应梁上直线移动，卷扬机磁悬浮滑车设置在导轨上，工作时卷扬机磁悬浮滑车悬浮在导轨上，能够在导轨上直线滑动，吊绳的一端缠在卷扬机磁悬浮滑车的卷扬筒上，另一端连接对应轭架、主面板或侧面板；

所述装置还包括控制器；

控制器用于控制各导轨、卷扬机磁悬浮滑车的质心所处位置、吊绳的回收或者释放、吊绳的拉力；

所述装置还包括轭架角度传感器、主面板角度传感器和侧面板角度传感器；

轭架角度传感器安装在太阳翼轭架的吊绳上，太阳翼的每个主面板的吊绳上安装一个主面板角度传感器，太阳翼的每个侧面板的吊绳上安装一个侧面板角度传感器；

轭架角度传感器、主面板角度传感器和侧面板角度传感器检测吊绳偏离Y轴的角度，并同时发送给控制器；Y轴表示竖直方向；

控制器，用于当检测到的偏离Y轴的角度超过设定角度阈值，控制对应吊挂单元的卷扬机磁悬浮滑车的卷扬筒转动，进而使吊绳回收或者释放，使吊绳偏离Y轴的角度不超过设定角度阈值。

2.根据权利要求1所述的太阳翼二次展开重力卸载试验装置，其特征在于，所述卷扬机磁悬浮滑车包括联轴器、单级减速器、卷扬机端盖、卷扬筒、轴承座、卷扬机机架和磁悬浮小车；

联轴器的输出轴与单级减速器的输入轴连接，单级减速器的输出端与卷扬筒转轴的一端连接，卷扬筒转轴的另一端与轴承座连接；

单级减速器、卷扬机端盖、卷扬筒、轴承座位于卷扬机机架上，卷扬机机架位于磁悬浮小车上，磁悬浮小车位于导轨上方。

3.根据权利要求2所述的太阳翼二次展开重力卸载试验装置，其特征在于，所述磁悬浮小车和卷扬机机架的对应位置上设置有竖直限位孔，卷扬筒上的吊绳从限位孔中伸出与下方的对应轭架、主面板或侧面板连接。

4.根据权利要求1所述的太阳翼二次展开重力卸载试验装置，其特征在于，所述装置还包括轭架位置传感器、主面板位置传感器和侧面板位置传感器；

轭架位置传感器安装在太阳翼轭架的质心位置，太阳翼的每个主面板的质心位置安装一个主面板位置传感器，太阳翼的每个侧面板的质心位置安装一个侧面板位置传感器；

轭架位置传感器、主面板位置传感器和侧面板位置传感器检测到质心位置同时发送给控制器；

控制器，用于根据检测到的质心位置，控制轭架、主面板对应的导轨在X轴方向滑动，及控制对应卷扬机磁悬浮滑车在对应导轨上沿着Z轴方向滑动，使对应导轨、卷扬机磁悬浮滑车实时跟随轭架及主面板的质心位置，控制侧面板对应的卷扬机磁悬浮滑车在对应导轨上沿着X轴方向滑动，使对应导轨、卷扬机磁悬浮滑车实时跟随侧面板的质心位置，X轴方向为纵向支撑的长度方向，Z轴方向为横向支撑的长度方向。

5.根据权利要求1所述的太阳翼二次展开重力卸载试验装置，其特征在于，所述装置还包括轭架力传感器、主面板力传感器和侧面板力传感器；

轭架力传感器安装在太阳翼轭架的吊绳上，太阳翼的每个主面板的吊绳上安装一个主面板力传感器，太阳翼的每个侧面板的吊绳上安装一个侧面板力传感器；

轭架力传感器、主面板力传感器和侧面板力传感器检测所在吊绳的拉力，并同时发送给控制器；

控制器，用于根据检测到的拉力，通过动力学卸载公式计算相应吊绳的卸载效率，根据卸载效率控制各个吊挂单元的卷扬机磁悬浮滑车的卷扬筒转动，进而使吊绳回收或者释放，使卸载效率达到最佳。

6.根据权利要求1所述的太阳翼二次展开重力卸载试验装置，其特征在于，所述装置还包括承重墙；

承重墙固定在地面上，主框承力框架位于承重墙上方，星本体及太阳翼固定在承重墙的侧面。

7.基于权利要求5所述的太阳翼二次展开重力卸载试验装置的试验方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、轭架、主面板和侧面板收拢在星本体上；

S2、星本体上的主驱动电机驱动太阳翼进行第一次展开：

轭架在主驱动电机的作用下绕着Y轴正方向展开，各主面板在对应绳索联动器的作用下，跟随轭架同步展开，同时，轭架连接的吊绳、主面板连接的吊绳将带动对应导轨在纵向梁上沿着X轴方向移动，同时，侧面板的吊绳将带动横向梁在主承力框架上沿着X轴方向直线移动，侧面板依然收拢在主面板上；

S3、根据轭架位置传感器、主面板位置传感器及侧面板位置传感器实时检测到的质心位置，控制各对应导轨、卷扬机磁悬浮滑车跟随轭架及主面板、侧面板的质心位置；

同时，根据轭架角度传感器、主面板角度传感器和侧面板角度传感器实时检测轭架、主面板和侧面板的吊绳偏离Y轴的角度，控制各个卷扬机磁悬浮滑车的卷扬筒转动，使吊绳偏离Y轴的角度不超过设定角度阈值；

同时，轭架力传感器、主面板力传感器和侧面板力传感器检测所在吊绳的拉力，控制各个卷扬机磁悬浮滑车的卷扬筒转动，使卸载效率达到最佳；

当轭架位置传感器、主面板位置传感器检测到轭架以及各主面板到达完全展开位置后，轭架锁定装置、主面板锁定装置启动，一次展开部件锁定；

S4、各侧面板依次展开及锁定，太阳翼的二次展开锁定过程完成：

侧面板驱动电机驱动侧面板绕X轴正方向展开，同时，根据侧面板位置传感器实时检测到的质心位置，控制对应导轨、卷扬机磁悬浮滑车跟侧面板的质心位置；

卷扬机磁悬浮滑车的位置与对应侧面板的质心位置的关系式为Z＝Z_C±0.5Lsin(θ)，其中Z表示卷扬机磁悬浮滑车的位置，Z_C表示对应侧面板的质心位置，L表示侧面板的短边长度，θ表示侧面板的展开角度；

同时，根据侧面板角度传感器实时检测侧面板吊绳偏离Y轴的角度，控制对应卷扬机磁悬浮滑车的卷扬筒转动，使吊绳偏离Y轴的角度不超过设定角度阈值；

同时，根据侧面板力传感器检测所在吊绳的拉力，控制对应卷扬机磁悬浮滑车的卷扬筒转动，使卸载效率达到最佳；

当侧面板位置传感器检测到侧面板到达完全展开位置后，对应侧面板锁定机构启动，侧面板锁定。