[发明专利]增速飞轮惯量模拟器及利用增速飞轮惯量模拟器实现航天器转动惯量和平动惯量模拟的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种增速飞轮惯量模拟器及利用增速飞轮惯量模拟器实现航天器转动惯量和平动惯量模拟的方法，其应用于大型航天器地面动力学物理仿真试验，属于力学、机械、控制等技术领域。

背景技术：

大型航天器如大型空间站等需要通过航天器在轨对接、转位等过程来实现，如何在地面实现全时序的地面运动学和动力学模拟，是航天器研制任务中关键和重要的必要环节。大型航天器运动具有惯量大，速度低的特点。传统的机械式(如多片杠铃型等)航天器惯量模拟器一般用于模拟旋转惯量，其旋转角速度与航天器实际转位角速度相同。为达到大型航天器转位地面模拟试验的要求，此类惯量模拟器的质量(即平动惯量)或尺寸往往非常大，不但具有较高的实施成本，而且对试验场地、设备等方面提出了苛刻要求。

发明内容：

本发明提出一种增速飞轮惯量模拟器及利用增速飞轮惯量模拟器实现航天器转动惯量和平动惯量模拟的方法，其能够实现大型航天器的转动惯量和平动惯量模拟，可用于航天器地面仿真的研制、验收和鉴定试验。

本发明采用如下技术方案：一种增速飞轮惯量模拟器，其包括壳体、输入轴、安装于输入轴上的增速机、增速机的输出轴以及安装于输出轴下末端飞轮，所述输出轴、增速机及飞轮均位于壳体中，所述输入轴的上末端位于壳体的上方之外。

本发明还采用如下技术方案：一种利用增速飞轮惯量模拟器实现航天器转动惯量模拟的方法，其包括如下步骤：

1).试验前，根据试验所要求的待模拟的在轨航天器转动惯量、航天器模拟件转动惯量以及在轨航天器与地面航天器模拟件的几何尺寸差异，确定增速机的增速比及飞轮转动惯量；

2).将航天器模拟件与转臂相连，转臂关节处安装有一电机，同时在转臂关节处安装增速飞轮惯量模拟器，其中电机转轴一端与增速飞轮惯量模拟器输入轴相连，另一端与转臂相连，同时，电机与增速飞轮惯量模拟器的壳体均与基座(即与地面相连的固定端)相连；

3).在转臂驱动力矩T_drive的作用下，增速飞轮惯量模拟器输入轴通过电机转轴连同航天器模拟件一起转位，同时增速机将带动增速飞轮惯量模拟器的飞轮旋转，根据天地动力学相似原理，地面转位角加速度ε_ground与天上角加速度ε_space相同，设增速飞轮惯量模拟器中飞轮惯量J_R，增速机传动比r，待模拟的在轨航天器转动惯量为J_space，地面试验中航天器模拟件相对于电机转轴的转动惯量为J_ground，则

Jspaceϵspace=TdriveJgroundϵground=Tdrive-r2JRϵground]]>

欲使ε_space＝ε_ground，只需

JR=Jspace-Jgroundr2.]]>