[发明专利]空间在轨物品质心测量装置及方法

说明书

空间在轨物品质心测量装置及方法，装置包括：定轴转臂、扭转弹簧、测速仪；所述定轴转臂与所述待测物品固定连接，同时，所述定轴转臂与所述扭转弹簧的任意一个末端固定连接；所述测速仪用于测量所述定轴转臂的转速。利用物体质心与其定轴转动惯量的关系，通过上述装置的固有参数、物品质量以及测量获得的速度确定待测物品质心位置。本发明弥补了现有技术的空缺，提供了一种能够适用于空间微重力环境的物品质心测量手段。

技术领域

本发明涉及空间在轨物品质心测量装置及方法，尤其是在运行于空间轨道上的航天器内、处于微重力环境中的物品的质心测量方法。

背景技术

按照所依据原理分类，现有的质心测量方法主要有悬挂法、平行轨滚动法，天平法、三点法、四点法，扭振转台测转动惯量法，以及通过一定的简化和计算获得物体质心位置的理论分析法等。除理论分析法外，现有的物品质心测量方法均基于地面重力场设计实施，大多通过测量物品的重心获得物品的质心；理论分析法对被测物体条件限制较严苛，不具广泛适用性。而运行于空间轨道上的空间站等航天器处于微重力环境，无测量可利用的重力场，现有的物品质心测量方法无法在这样的环境内有效发挥作用。目前我国已有微重力环境下的空间物品质量测量装置，并已在空间实验室配置应用，但没有微重力环境下的空间物品质心测量装置，随着我国航天事业的发展，这类装置的缺失，已经不能满足空间技术、空间科学试验、空间制造等领域日益增长的需求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，弥补现有技术的空缺，利用被测物品的固有质量分布实现质心测量，提供了一种能够适用于空间微重力环境的物品质心测量装置及方法。

本发明的技术方案是：

空间在轨物品质心测量装置，包括：定轴转臂、扭转弹簧、测速仪、始端限位板、末端限位板；

所述定轴转臂与所述待测物品固定连接，同时，所述定轴转臂与所述扭转弹簧的任意一个末端固定连接；所述测速仪用于测量所述定轴转臂的转速。

所述始端限位板与所述末端限位板之间的夹角一定，用于限制所述定轴转臂绕扭转弹簧簧体中轴的转动角度。

还包括装载箱；所述待测物品与所述装载箱固定连接，所述装载箱与所述定轴转臂固定连接，且所述定轴转臂的末端伸出所述装载箱。

利用上述的空间在轨物品质心测量装置测量物品质心的方法，包括步骤如下：

1)以所述扭转弹簧的簧体中轴作为转动轴，拨动所述定轴转臂绕所述转动轴转动一定角度，然后释放定轴转臂，使定轴转臂在扭转弹簧的驱动下绕所述转动轴转动；

2)使用所述测速仪测量所述定轴转臂的转速；

3)根据步骤2)测量得到的所述定轴转臂的转速，确定所述待测物品质心至所述转动轴的距离；

4)以所述转动轴为轴线，以所述步骤3)确定的所述待测物品质心至所述转动轴的距离为半径，确定圆柱面，获得所述圆柱面与所述待测物品相贯而成的弧面；

5)改变所述待测物品与所述定轴转臂之间的相对方位，重复步骤1)～4)，直至获得相交于一点的3个弧面；

6)根据步骤5)所述获得的相交于一点的3个弧面对应的所述待测物品质心至所述转动轴的距离，确定所述待测物品的质心位置，完成质心测量工作。

利用上述的空间在轨物品质心测量装置测量物品质心的方法，包括步骤如下：

1)初始时刻，所述定轴转臂贴靠在末端限位板上；

2)以所述扭转弹簧的簧体中轴为转动轴，拨动所述定轴转臂绕所述转动轴转动一定角度，使所述定轴转臂贴靠在所述始端限位板上；

3)释放定轴转臂，使定轴转臂在扭转弹簧的驱动下绕所述转动轴转动，直至所述定轴转臂再次贴靠在末端限位板上；