[发明专利]一种用于卫星高精度质测的多维气浮随动系统

说明书

一种用于卫星高精度质测的多维气浮随动系统，包括球面气浮模块等；球面气浮模块通过上平台支承被测件的重量，圆柱气浮模块作为径向支承传递径向载荷，传力筒设置在球面气浮模块，圆柱气浮模块之间；二轴回转组件配合球面气浮实现任意相位力矩平衡，平面气浮模块用于支撑二轴回转组件，与二轴回转组件一起，配合球面气浮模块实现任意相位力矩平衡；差分测试模块作为球铰力矩平衡的传力路径，实现平面内任意角度的拉压力平衡，测试两个坐标轴双向拉压力；气路控制系统模块用于给球面气浮模块、圆柱气浮模块、平面气浮模块提供气浮轴承润滑的压缩空气。本发明能够兼顾卫星总装环节的质心和转动惯量测试及高精度转台三种功能。

技术领域

本发明涉及一种多维气浮随动系统。

背景技术

质量特性是产品与质量有关的一系列力学特性参数，包括质量、质心位置、转动惯量和惯性积，是描述产品力学特性的固有参数。该参数直接影响着航天器的运动分析和姿控系统设计，以及发射控制、轨道控制和返回控制，该参数的准确性直接影响到航天器的控制精度和使用寿命。

现有的质测系统已经克服了传统质测技术上的一些问题，它采用集成化测试技术，实现卫星一次安装定位，分步测量出各个方向的质量特性参数。但是，随着航天器新型号在形状、尺寸、重量等方面发生较大变化，为满足不同重量产品的高精度测试，往往需要配套不同量程的传感测试系统，造成研制周期长、生产成本高、设备利用率低等问题。另一方面，现有的质心测试技术采用多点力矩平衡法，为实现超大载荷测试，需要选择大量程的称重传感器，相同线性度的传感器对应的系统不确定度大，系统的力矩测试精度低，尤其是对重量比较大、偏心矩比较小的航天器来说，问题越发突出。另外，现有的静态测试技术无法消除产品与测试台之间的定位误差，并且测试过程中质心和惯量测试切换环节采用手动方式，测试效率较低、劳动强度大，并且对操作者的技能有特殊要求。

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，提供了一种高精度质测用的多维气浮随动系统，能够兼顾卫星总装环节的质心和转动惯量测试及高精度转台三种功能，该系统简单、有效、自动化程度高，减轻了操作人员的工作量，同时还减少了被测件安装误差及其他人为因素的影响，大大提高了卫星质测精度和效率，满足了质量特性一体化测试及精确角度定位需求。

本发明所采用的技术方案是：一种用于卫星高精度质测的多维气浮随动系统，包括球面气浮模块，圆柱气浮模块，平面气浮模块，二轴回转组件，上平台，传力筒，差分测试模块，机架，气路控制系统；

球面气浮模块通过上平台支承被测件的重量，具备三个转动自由度；圆柱气浮模块作为径向支承传递径向载荷，具备移动和转动自由度；传力筒设置在球面气浮模块，圆柱气浮模块之间；二轴回转组件配合球面气浮实现任意相位力矩平衡，具备俯仰、滚转自由度；平面气浮模块用于支撑二轴回转组件，具备两个平移和一个转动自由度，与二轴回转组件一起，配合球面气浮模块实现任意相位力矩平衡；差分测试模块作为球铰力矩平衡的传力路径，实现平面内任意角度的拉压力平衡，测试两个坐标轴双向拉压力；气路控制系统模块用于给球面气浮模块、圆柱气浮模块、平面气浮模块提供气浮轴承润滑的压缩空气。

球面气浮模块包括球转子、下球窝、节流器，节流器呈上下两层，阵列均布在下球窝的内球面上，所有节流器均指向球心，球转子与下球窝之间配对研磨，并且在下球窝的内球面上设置有均压槽；上平台、传力筒分别与球转子连接，偏心负载加载到上平台时，上平台与球转子一起绕球心倾斜；压缩空气通过节流器喷出，在球转子与下球窝之间球面形成10～50μm的均匀气膜。

二轴回转组件包括回转内框，回转外框，第一轴系，第二轴系；圆柱气浮模块通过第一轴系与回转内框连接，使得圆柱气浮模块绕Z轴转动；回转内框通过第二轴系与回转外框连接，使得回转内框绕Y轴转动；回转外框两侧通过拉压传感器与传感支座固定连接。