[发明专利]一种用于空间多维展开机构的零重力实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于空间多维展开机构的零重力实验系统。

背景技术

零重力又可称为失重或减重力，是太空环境的一个最重要的特征。卫星、飞行器和空间站等航天系统在轨飞行以前，为保证系统的高精度和可靠性，必须在地面上对其空间机构各子系统进行动力学试验。然而，地面的重力环境会导致无法通过试验获得机构的功能性能特性。因此，空间展开机构的地面测试需要精确模拟其所处的零重力环境。只有经过地面的零重力展开试验，对空间展开机构的展开功能、展开时间、锁定位置精度等功能性能进行充分的验证，才能保证空间展开机构在轨有效展开并实现其功能。

随着空间展开机构越来越复杂，展开轨迹逐渐由原来的二维平面展开发展到空间多维展开，展开轨迹的复杂对零重力试验装置提出了更高的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种附加阻力小、卸载效率高、能够实现复杂结构形式空间机构多维复杂展开轨迹的零重力实验系统。

本发明的技术方案是：

一种用于空间多维展开机构的零重力实验系统，包括模拟墙、展开架、摇臂吊挂装置和气浮车装置；所述空间多维展开机构由大臂、小臂与负载组成；模拟墙用于固定空间多维展开机构；大臂的一端活动连接在模拟墙上，大臂的另一端与小臂铰接，小臂与负载固定连接；摇臂吊挂装置安装在展开架上，能够相对于展开架旋转；摇臂吊挂装置能够将大臂吊起；负载位于气浮车装置上；

摇臂吊挂装置包括支撑板、三角架、至少两个第一双旋调节组件、第一导轨和至少两个吊挂单元，每个吊挂单元由滑车、第一力传感器、第二双旋调节组件’、钢丝绳、第一滑轮、闭锁环和大臂抱环组成；支撑板固定在展开架上；三角架通过两个轴承组件安装在支撑板上，能够绕支撑板进行转动；第一导轨通过至少两个第一双旋调节组件连接在三角架上；滑车能够沿第一导轨滑动；第一力传感器的一端与滑车固定连接，第一力传感器的另一端固定在第二双旋调节组件的一端，第二双旋调节组件的另一端与钢丝绳的一端固定连接，钢丝绳的另一端固定在第一滑轮的中心上，大臂抱环通过闭锁环吊装在第一滑轮下方，第一滑轮能够沿自身轴线进行转动；第一滑轮圆周上设置用于容纳闭锁环的弧形槽；大臂抱环由两个半圆环组成，固定在大臂上；大臂抱环圆周上设置用于容纳闭锁环的弧形槽；

气浮车装置包括平台、第二导轨、车体、竖直气浮导轨、竖直滑动装置、配重、第二滑轮、第二力传感器、气浮托盘、位移传感器和柔性绳，第二导轨安装在平台上；竖直气浮导轨安装在车体的一侧上，竖直气浮导轨是一个表面光滑的四方形的立柱，竖直滑动装置与竖直气浮导轨之间形成气膜，能够相对竖直气浮导轨在竖直方向上滑动；第二滑轮位于车体的上方，与配重相连的一柔性绳绕过第二滑轮后与第二力传感器的一端相连，第二力传感器的另一端通过另一柔性绳连接到竖直滑动装置上；第二力传感器用于监测小臂及负载展开时的卸载力；气浮托盘的上方用于支撑负载，气浮托盘的下方与竖直滑动装置之间形成气膜，能够相对于竖直滑动装置在水平方向上运动；位移传感器用于测量气浮托盘相对于竖直滑动装置的运动位移，车体根据位移传感器输出的运动位移沿第二导轨移动，以实现对负载展开的跟随。

竖直滑动装置由第一框架、四个第一气足及气浮平板组成，四个第一气足分别安装在第一框架与竖直气浮导轨的四个对立的面之间，通气后四个第一气足与竖直气浮导轨之间形成气膜，气浮平板安装在第一框架上。

气浮托盘由第二框架、四个滑轮及三个第二气足组成，四个滑轮用于支撑负载，四个滑轮安装在第二框架的上方，在第二框架的下方安装三个第二气足，通气后第二气足与气浮平板之间形成气膜。

模拟墙由铝板加工而成。

展开架为螺栓球头连接的桁架式结构。

导轨由不锈钢管加工而成，并在不锈钢管表面渗氮。

每个双旋调节组件由左旋螺柱、双旋套筒和右旋螺柱组成，左旋螺柱通过左旋螺纹与双旋套筒连接，右旋螺柱通过右旋螺纹与双旋套筒连接。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明采用吊挂卸载方式，实现了空间多维展开机构绕自身轴线回转时的零重力卸载；

(2)本发明首次采用竖直气浮导轨与水平气浮托盘结合的卸载方式，实现了空间多维展开机构回转展开时的零重力卸载；

(3)本发明系统通过吊挂与气浮结合的零重力卸载方式，降低了卸载阻力，巧妙实现了复杂结构形式空间多维展开机构的零重力展开；卸载效率能够达到95％，保证了展开过程中对展开功能和卸载效率的需求，有效地提高了空间多维展开机构的研制效率。