[实用新型]半主动式重力补偿结构的气浮六自由度模拟卫星装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及空间试验装置技术领域，特别涉及半主动式重力补偿结构的气浮六自由度模拟卫星装置。

背景技术

对空间飞行器(卫星)的性能测试和姿态控制最好的实验方法是气浮法。我国也自行研究和引进过几套气浮装置，主要以单轴和三轴气浮台为主。气浮法是目前摩擦最小、精度最高的二维空间物理仿真方法，气浮台一直是卫星的地面全物理仿真系统的核心设备，但现有的气浮台只能进行二维、最多五自由的运动模拟，如能将它们从二维发展到三维， 用于空间飞行物的全物理仿真和功能验证试验将有重要意义和作用。

现有的气浮式微重力设备中，平面气浮轴承和球面气浮轴承是最常用的设备。平面气浮轴承能够实现平面运动模拟，而球面气体静压轴承能够实现空间三维的转动，两者结合的话，只能实现五个自由度的运动（                                                、、、、），缺少垂直方向上的自由度（）。

而要实现竖直方向（向）上的重力补偿，需解决两个问题，(1) 补偿重力的力或驱动如何得到（方向和大小符合要求）；(2) 如何减小或克服在竖直方向的运动时的摩擦阻力。综合考虑这两个问题，如何能够得到在Z方向滑动零重力运动模拟，这也正是本实用新型所要研究的问题。

根据技术指标仿真要求，模拟卫星在试验前要实现三个姿态轴方向一定范围的预调，以模拟卫星各种初始状态，需要设计一套调整锁定机构,即位姿摆放系统。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种半主动式重力补偿结构的气浮六自由度模拟卫星装置，它利用平面气浮轴承和球面气浮轴承对除Z方向外的5个自由度的太空运动进行模拟，利用低摩擦气缸和电机丝杠组件并联机构，组成半主动式重力补偿结构控制系统，对重力进行补偿，从而对Z方向的太空运动进行模拟。该模拟卫星可做空间三维、六自由度的浮游运动，运动精度高、响应速度快，并可在运动前进行位姿的摆放。

本实用新型通过以下技术方案实现：

半主动式重力补偿结构的气浮六自由度模拟卫星装置，所述装置包括模拟卫星、由气管相互连接的气源部件和恒张力控制模块；

所述模拟卫星由球面气浮轴承及位于其上方的上卫星和下方的下卫星组成，下卫星包括平台基座及设于其上的平面气浮轴承、低摩擦气缸、拉压力传感器、电机丝杆组件、撑杆和光电编码器，拉力传感器设于低摩擦气缸上方，低摩擦气缸通过撑杆与电机丝杠组件并联，电机丝杠组件上方设有光电编码器；

所述气源部件包括空压机和气体处理设备，空压机连通气体处理设备后气路分三路分别管道连通平面气浮轴承、低摩擦气缸、球面气浮轴承；

所述恒张力控制模块包括主控制器、电机控制器、数据采集卡，所述数据采集卡与拉力传感器电连接，电机控制器与光电编码器电连接。

本实用新型进一步改进方案是，所述平面气浮轴承上表面设有一个进出口，下表面设有三个以上出气孔。

本实用新型更进一步改进方案是，所述的低摩擦气缸下面设有进气口和气浮活塞，进气口用管道与所源部件连通，气浮活塞置于低摩擦气缸中，低摩擦气缸置于平面气浮轴套上。

本实用新型更进一步改进方案是，所述电机丝杆组件包括滚珠丝杠插装在基座上，通过螺母与基座上的导轨连接，电机的输出轴通过联轴器与下方的滚珠丝杆连接。

本实用新型更进一步改进方案是，所述球面气浮轴承由实心球，球壳，球轴承座组成。

本实用新型更进一步改进方案是，所述拉力传感器S型。

本实用新型更进一步改进方案是，所述平台基座为大理石基座。

本实用新型更进一步改进方案是，在上卫星的四个底脚上设有电磁铁，弦丝一端连接电磁铁，另一端与放在平台基座上的固定框连接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下明显优点：

一、在本系统中，整个模拟卫星主体重约 500N,上卫星的重量约为300N左右，如果采用电机丝杠组件来直接推动模拟目标星，则要求电机功率和减速比都比较大，很难实现精确的力矩控制。因此本系统采用一种半主动式的空间微重力模拟方法，即采用电机滚珠丝杠和气缸悬浮一体化“并联”的方案，用低摩擦气缸支撑上卫星，由空压机把压缩空气经处理后送入低摩擦气缸内，气浮活塞上所支撑的上卫星、球轴承等上下运动部件得到重力补偿，气缸输出的推力平衡上卫星的大部分重力；电机丝杠组件用于补偿剩余重力和系统摩擦力，使得系统中压力传感器的输出始终等于实验目标的重力，实现恒张力控制。另外，“并联”方案有利于提高系统的刚度，系统的稳定性更好。