[发明专利]一种气浮模拟器推射装置及其推射方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气浮模拟器推射装置及其推射方法，使气浮模拟器在运动开始获得一个初始速度和推射角度，属于空间飞行器半实物仿真领域。

背景技术

气浮仿真试验是在地面上模拟太空失重环境的一种试验方法，是研制卫星等航天器过程中特有的一种仿真方法。气浮模拟器可以模拟出航天器在太空环境中微重力、零摩擦的空间活动。

气浮模拟器在地面模拟试验开始时，需要一定的初速度和推射角度。如初速度的获得完全由冷气喷嘴推力产生，由于运动模拟器属于自备冷气推进剂的方式，那么将耗费较大的冷气储备，同时加速过程的冷气推力与实现姿控等的精确小推力等不易匹配，因此需要一个气动伺服推射装置来对气浮模拟器进行初始的加速，目前还没有见到相关文献中有类似装置。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种气浮模拟器推射装置及其推射方法，能够为气浮模拟器提供精确的初始速度和推射角度。

本发明的技术解决方案是：一种气浮模拟器推射装置，包括基座、轴承组件、气缸、摆杆、手动平移台和气动伺服控制系统，基座上加工有凸台，轴承组件包括轴承底座和固定在轴承底座上的轴承，轴承底座固定在基座的凸台上；摆杆的两端粗细不同，粗端部分下表面有一圆柱型凸轴，摆杆通过该凸轴与轴承连接，气缸安装在摆杆的粗端上；手动平移台固定在基座上，且与轴承组件高度相同，手动平移台与摆杆细端部分连接，用于调节摆杆的角度；

气动伺服控制系统包括传感器、流量比例阀、A/D转换器、D/A转换器和上位机；流量比例阀连接高压气体与气缸，上位机通过D/A转换器与流量比例阀连接，通过控制流量比例阀的动作方向和动作时间控制气缸的推杆的速度；传感器位于气缸中，用于测量气缸的推杆移动的速度和位移，A/D转换器采集传感器测得的信息，并反馈给上位机；

所述手动平移台包括平移台台体、手柄、丝杠、滑块和两个滚轮，平移台台体固定在基座上，平移台台体上加工有导向槽，滑块放置于导向槽上，丝杠通过轴承固定在平移台台体上，丝杠穿过滑块，与滑块螺纹副连接，丝杠的一端与手柄连接，滑块上安装有两个滚轮；手动平移台和轴承组件高度相同；摆杆细端部分两侧开导槽，导槽与滑块上两个滚轮啮合。

所述手动平移台上还带有刻度，用于表征摆杆的摆动角度。

所述气缸选用带滑台低摩擦气缸，行程300mm，加速段总时间≤10s；气动伺服加速距离≤50mm，平稳等速跟踪距离≤200mm。

一种利用气浮模拟器推射装置的推射方法，包括如下步骤：

(a)调节手动平移台，使摆杆的推射方向与气浮模拟器需要的运动方向重合；

(b)调节气浮模拟器，使其质心在摆杆轴线上；

(c)上位机控制流量比例阀的进气阀开启，并通过传感器实时采集气缸推杆的速度和位移，当推杆的速度等于气浮模拟器需要的初始速度时，上位机控制流量比例阀的进气阀关闭；

(d)上位机判断此时推杆的位移是否在气缸气动伺服加速距离内，如果在，则通过气缸的推杆给气浮模拟器需要的初始速度，完成推射；否则，进入步骤(e)；

(e)上位机控制流量比例阀的排气阀开启，推杆复位，调节高压气体的压力，重复步骤(c)—(d)，直到通过气缸的推杆给气浮模拟器需要的初始速度，完成推射为止。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)传统方法中没有推射装置，仅利用气浮模拟器自身的冷气喷嘴推力产生初始速度，该初始速度较小，在一些需要大初始速度的场合不能满足应用要求，且加速过程的冷气推力与实现气浮模拟器姿态控制等需要的精确小推力相互冲突，本发明的装置能够给气浮模拟器提供一个较大初始速度，与实现气浮模拟器姿态控制的过程相互独立。

(2)本发明将气缸和传感器集成在一起，结构简单，在气缸动作的同时能够即时采集推杆的速度和位移，响应速度快，缩短了标定时间，简化了数据处理的难度。

(3)本发明的手动平移台采用丝杠和滑块的螺纹副配合结构，使摆杆的角度可调，从而可以满足对气浮模拟器任意角度的推射需求。

(4)本发明的手动平移台上标有用于表征摆杆的摆动角度刻度值，方便将摆杆摆到需要的推射角度，避免了用测量设备进行手工测量，提高了效率和精度。