CN208842647U - 一种二维悬吊式零重力模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型创造提供了一种二维悬吊式零重力模拟装置，包括一级线性导轨、以及一级线性导轨上设置的主动跟随机构；所述主动跟随机构包括一级线性导轨上滑动设置的二级线性导轨、以及二级线性导轨上滑动设置的滑块，所述一级线性导轨和二级线性导轨相互垂直设置；所述滑块上设有随动机构，该随动机构包括刚性平板、以及刚性平板顶部设置的圆形气浮垫。本发明创造解决了传统二维悬吊式微低重力模拟装置通用化，适应性较差，随动滞后影响的问题。通过二维随动粗跟随和气浮垫无摩擦自适应的方式，通过利用气浮垫可以在刚性平板上同步实现二维平面的随意移动的特性，大大提高了随动机构的通用性。

Description

一种二维悬吊式零重力模拟装置

技术领域

本发明创造属于零重力模拟装置领域，尤其是涉及一种二维悬吊式零重力模拟装置。

背景技术

在航天器研制过程中太阳翼、天线等展开类机构是航天器在轨正常运行的关键机构，同时由于其结构复杂，精度较高，需要在地面进行一系列微低重力展开试验，以保证其在轨状态能够正常使用。二维悬吊式微低重力模拟技术广泛应用于空间异形天线展开、行星探测器的地面试验中。

传统的二维悬吊式微低重力模拟装置通常分为被动式及主动式两种。以空间异形天线为代表的航天器实际展开路径通常非常复杂，传统被动式二维悬吊装置必须根据航天器展开路径进行设计，因此其结构通常也非常复杂，工程实现难度大，成本高，同时由于不同天线展开路径不同，因此二维悬吊机构也通常是定制化设计，使用效率较低，通用化程度不高。而主动式二维悬吊机构则由于必须先检测航天器动作，然后进行随动，因此天然地存在滞后现象，影响试验精度。因此现有的传统的被动式及主动式二维悬吊式微低重力模拟装置在通用化，适应性以及卸载精度等方面都有所欠缺。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在克服上述现有技术中存在的缺陷，提出一种二维悬吊式零重力模拟装置。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种二维悬吊式零重力模拟装置，包括一级线性导轨、以及一级线性导轨上设置的主动跟随机构；所述主动跟随机构包括一级线性导轨上滑动设置的二级线性导轨、以及二级线性导轨上滑动设置的滑块，所述一级线性导轨和二级线性导轨相互垂直设置；所述滑块上设有随动机构，该随动机构包括刚性平板、以及刚性平板顶部设置的圆形气浮垫，圆形气浮垫底部设有用于吊装航天器本体的吊绳组件；所述刚性平板两端通过连接组件固定在滑块上，刚性平板中部设有用于穿设吊绳组件的通孔。

进一步的，所述刚性平板可以是花岗岩平板。

进一步的，所述吊绳组件包括吊绳，吊绳一端固定在气浮垫底部，另一端穿过通孔且设有用于安装航天器本体的转接工装。

进一步的，所述圆形气浮垫包括底部边缘设置的环形喷气部、以及中部的用于设置固定吊绳的连接部，喷气部底部设有若干的喷气孔。

进一步的，所述通孔的直径大于吊绳的直径，通孔直径可以是吊绳直径的2-6倍。

进一步的，所述连接组件包括对应设置在滑块两端的两个伸缩杆，每一伸缩杆上均设有用于调节伸缩杆长度的调节螺栓，刚性平板两端分别固定在两个伸缩杆上。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

本发明创造解决了传统二维悬吊式微低重力模拟装置通用化，适应性较差，随动滞后影响的问题。通过二维随动粗跟随和气浮垫无摩擦自适应的方式，通过利用气浮垫可以在刚性平板上同步实现二维平面的随意移动的特性，大大提高了随动机构的通用性，使随动机构能更好的适应不同的跟随路径，既满足了不同展开路径航天器微低重力试验的实际需求，同时大幅提升了模拟精度，在工程实验中可以取得良好的效果。因此该模拟装置能够更好地满足以异形天线为代表的众多航天器微低重力试验的实际需求，对提高航天器微低重力模拟卸载精度有着非常显著的作用，同时对系统级研制有着重要的科学价值。

附图说明

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

图1为本发明创造实施例所述的结构示意图；

图2为图1的局部剖视图。

附图标记说明：

1-一级线性导轨；2-二级线性导轨；3-滑块；4-刚性平板；5-气浮垫；6-吊绳；7-转接工装；8-伸缩杆；9-调节螺栓；10-连接部；11-喷气部；12-通孔；13-检测组件。

具体实施方式

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

在本发明创造的描述中，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创造和简化描述，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创造的限制。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。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，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创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种二维悬吊式零重力模拟装置，如图1和图2所示，包括一级线性导轨1、以及一级线性导轨1上设置的主动跟随机构；所述主动跟随机构包括一级线性导轨1上滑动设置的二级线性导轨2、以及二级线性导轨2上滑动设置的滑块3，所述一级线性导轨和二级线性导轨相互垂直设置，所述滑块3上设有随动机构，该随动机构包括刚性平板4、以及刚性平板4顶部设置的圆形气浮垫5，圆形气浮垫5底部设有用于吊装航天器本体的吊绳组件；所述刚性平板4两端通过连接组件固定在滑块3上，刚性平板4中部设有用于穿设吊绳组件的通孔12。

所述一级线性导轨1和二级线性导轨2均可以采用直线电机，并且将一级线性导轨和二级线性导轨相互垂直设置，以形成类似天车的结构就可以实现滑块在二维平面内的任意移动。所述刚性平板4底部设有用于检测航天器主体移动的检测组件13，所述检测组件13包括用于检测航天器本体移动的位移传感器、以及用于控制直线电机工作的控制器。

所述位移传感器可以采用现有的位移传感器，如激光测距仪、超声波传感器等，只要可以实现对航天器位移的检测即可，控制器可以采用现有的单片机，当位移传感器检测到航天器本体移动后，就将信号传输给单片机，单片机就会控制直线电机工作，从而使滑块3跟随航空器本体移动，通过检测位移使单片机驱动直线电机工作的程序为现有技术，在这里不在赘述。这样通过控制器控制一级线性导轨使二级线性导轨在一级线性导轨上移动、以及通过控制器控制滑块在二级线性导轨上移动，就可以实现随动机构实现对航天器平面二维范围内的粗跟随。

所述刚性平板4可以是花岗岩平板，也可以是金属平板或玻璃平板，只要可以使气浮垫5在刚性平板4表面滑动即可。所述连接组件包括对应设置在滑块两端的两个伸缩杆8，每一伸缩杆8上均设有用于调节伸缩杆长度的调节螺栓9，刚性平板两端分别固定在两个伸缩杆8上。通过松紧调节螺栓9可以实现对伸缩杆伸缩的控制，这样在吊绳组件吊装好航天器本体后，可以通过调节两个伸缩杆的长度，从而使刚性平板调整至水平状态，便于进行下一步的实验，同时也可以通过调整伸缩杆的长度，实现对刚性平板高度的调节，使刚性平板能与航天器本体处于一个合适的距离，便于气浮垫更好的跟随航天器进行移动。

所述吊绳组件包括吊绳6，吊绳6一端固定在气浮垫5底部，另一端穿过通孔12且设有用于安装航天器本体的转接工装7，转接工装7可以采用常用的固定工装，例如夹具等，只要可以实现对航天器或空间结构的固定即可。

所述圆形气浮垫5包括底部边缘设置的环形喷气部11、以及中部的用于设置固定吊绳的连接部10，喷气部11底部设有若干的喷气孔，环形的喷气部11使得气浮垫在移动时也可以很好的悬浮，由于喷气部与连接部10之间存在间隙，这样即使吊绳发生移动，喷气部也不会移动到通孔处，这样可以使喷气部可以持续作用，保证气浮垫一直处于悬浮状态。

在主动跟随机构进行二维平面内任意主动粗跟随的同时，可以通过导管向气浮垫5供气，通过喷气孔的向下喷气，就可以使气浮垫5在刚性平板4上悬浮，由于此时的气浮垫和刚性平板之间存在气膜，所以气浮垫可以在刚性平板上无摩擦的移动，这使得气浮垫可以在刚性平板上同步实现二维平面的随意移动，大大提高了随动机构的通用性，使随动机构能更好的适应不同的跟随路径，这样使得气浮垫可以实现被动自适应精确随动，即当航天器移动后，气浮垫便会无滞后的跟随移动。

所述通孔12的直径大于吊绳6的直径，通孔12直径可以是吊绳直径的2-6倍，由于刚性平板可以为气浮垫提供一个稳定、光滑的运动支撑结构，保证气浮垫能够实现无摩擦的运动，同时由于通孔的直径可以是吊绳直径的2-6倍，从而使气浮垫实现在局部范围内自由移动的同时，还可以对气浮垫移动的范围进行限定，从而控制实验时气浮垫的移动距离，使气浮垫的移动控制在一个较短的距离上，这样可以有效避免气浮垫大范围移动时造成的摩擦或偏移，使气浮垫的无摩擦移动的效果更好，从而进一步提高气浮垫自适应随动的精确性。

通过相互垂直设置的一级线性导轨1和二级线性导轨2，该装置能够实现平面内任意路径的粗跟随，能够满足不同航天器不同展开路径下悬吊式微低重力试验需求，整体通用化及适应性更强，极大地提高了试验效率，降低了成本。同时由于气浮垫在刚性平板平面内能够实现近乎无摩擦的运动，因此大幅降低了主动跟随机构的跟随精度要求，由于气浮垫在刚性平板上能够实现近乎无摩擦的运动，即使二级线性导轨或滑块相对于航天器本体的运动滞后，也可以由气浮垫先行移动进行二维平面内的自适应补偿，使得气浮垫可以同步完成二维平面内的被动细跟随，这样通过主被动、粗细跟随相结合的方式，可以使吊绳一直保持竖直状态，因此大幅降低了主动跟随机构的跟随精度要求，最大限度的减小了主动跟随的滞后，由此便可以实现性能更好的地面的微低重力试验。

本发明创造解决了传统二维悬吊式微低重力模拟装置通用化，适应性较差，随动滞后影响的问题。通过二维随动粗跟随和气浮垫无摩擦自适应的方式，通过利用气浮垫可以在刚性平板上同步实现二维平面的随意移动的特性，大大提高了随动机构的通用性，使随动机构能更好的适应不同的跟随路径，既满足了不同展开路径航天器微低重力试验的实际需求，同时大幅提升了模拟精度，在工程实验中可以取得良好的效果。因此该模拟装置能够更好地满足以异形天线为代表的众多航天器微低重力试验的实际需求，对提高航天器微低重力模拟卸载精度有着非常显著的作用，同时对系统级研制有着重要的科学价值。

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

Claims (6)

1.一种二维悬吊式零重力模拟装置，其特征在于：包括一级线性导轨、以及一级线性导轨上设置的主动跟随机构；所述主动跟随机构包括一级线性导轨上滑动设置的二级线性导轨、以及二级线性导轨上滑动设置的滑块，所述一级线性导轨和二级线性导轨相互垂直设置；所述滑块上设有随动机构，该随动机构包括刚性平板、以及刚性平板顶部设置的圆形气浮垫，圆形气浮垫底部设有用于吊装航天器本体的吊绳组件；所述刚性平板两端通过连接组件固定在滑块上，刚性平板中部设有用于穿设吊绳组件的通孔。

2.根据权利要求1所述的一种二维悬吊式零重力模拟装置，其特征在于：所述刚性平板可以是花岗岩平板。

3.根据权利要求1所述的一种二维悬吊式零重力模拟装置，其特征在于：所述吊绳组件包括吊绳，吊绳一端固定在气浮垫底部，另一端穿过通孔且设有用于安装航天器本体的转接工装。

4.根据权利要求3所述的一种二维悬吊式零重力模拟装置，其特征在于：所述圆形气浮垫包括底部边缘设置的环形喷气部、以及中部的用于设置固定吊绳的连接部，喷气部底部设有若干的喷气孔。

5.根据权利要求3所述的一种二维悬吊式零重力模拟装置，其特征在于：所述通孔的直径大于吊绳的直径，通孔直径是吊绳直径的2-6倍。

6.根据权利要求1所述的一种二维悬吊式零重力模拟装置，其特征在于：所述连接组件包括对应设置在滑块两端的两个伸缩杆，每一伸缩杆上均设有用于调节伸缩杆长度的调节螺栓，刚性平板两端分别固定在两个伸缩杆上。