[发明专利]一种悬吊式四自由度运动模拟系统及使用方法

说明书

本发明公开了一种悬吊式四自由度运动模拟系统及使用方法，属于地面微重力模拟试验技术领域。竖直悬吊绳的上端连接有由二维平动运动系统和竖直升降系统构成的动态伺服系统，恒力保持系统安装在竖直悬吊绳下端，三自由度转动系统悬吊在恒力保持系统的下方，其中，竖直悬吊绳，用于提供载荷竖直方向的悬吊和升降；恒力保持系统，用于提供竖直悬吊绳的恒力保持；三自由度转动系统，用于提供三自由度被动转动。本发明普适性强，适用于大多数中小型航天器的全自由度地面微重力模拟试验；重力补偿精度高，采用组合弹簧被动保持和力矩电机主动补偿两阶段进行重力补偿；运动范围大，可采用完整球与半球窝形式，使得偏航方向可连续转动。

技术领域

本发明涉及一种悬吊式四自由度运动模拟系统及使用方法，属于地面微重力模拟试验技术领域。

背景技术

随着空间科学技术的不断发展，不论是近地导航还是深空探测，航天器的研发频率越来越高，系统功能越来越复杂，验证新技术新方案的频次越来越多。然而，航天器的技术风险性高，系统功能复杂，为了尽可能降低航天器发生故障或失效造成的损失，保证航天器的高可靠性尤为重要。

由于航天器发射的成本较高，试验失败损失较大，因此，在地面进行尽可能多的基于空间环境的试验模拟是发射任务成功的基本保障。其中较为关键的地面模拟试验环境是微低重力环境和角度自由转动环境，目前采用托举式进行的气浮球轴承转动方案比较笨重，球心位置较高，需要增加大量配重才能将质心配到球心位置。此外，托举式方案的转动角度易受干涉，俯仰和滚转角度一般只能进行30°以内的运动模拟。相比而言，悬吊式方案更加灵活。

随着航天器的发展，对地面微重力试验模拟技术提出了新的要求，对模拟转动自由度、重力补偿精度、高普适性等提出了强烈需求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种悬吊式四自由度运动模拟系统及使用方法，以解决现有技术中存在的问题。

一种悬吊式四自由度运动模拟系统，悬吊式四自由度运动模拟系统包括竖直悬吊绳、恒力保持系统和三自由度转动系统，竖直悬吊绳的上端连接有由二维平动运动系统和竖直升降系统构成的动态伺服系统，恒力保持系统安装在竖直悬吊绳下端，三自由度转动系统悬吊在恒力保持系统的下方，其中，

竖直悬吊绳，用于提供载荷竖直方向的悬吊和升降；

恒力保持系统，用于提供竖直悬吊绳的恒力保持；

三自由度转动系统，用于提供三自由度被动转动。

进一步的，恒力保持系统包括力敏感器、被动力保持系统和主动补偿电机，其中，

被动力保持系统包括上层板、导向滑环、中层板、导向杆和下层板，上层板与竖直悬吊绳的下端连接，中层板设有供导向杆穿过的通孔，导向滑环竖直设置于通孔处，导向杆穿过导向滑环和中层板上的通孔，上层板通过导向杆连接下层板，

主动补偿电机安装在下层板上，下层板上固定设置有一半封闭空间，力敏感器的上端固定在中层板上，下端穿过半封闭空间的顶面进入到半封闭空间中。

进一步的，三自由度转动系统包括连接杆、配重块、气浮球轴承、载荷、供气气瓶和载荷壳体；

连接杆上套装有一弹簧，弹簧上抵力敏感器的下端，下抵半封闭空间的底面，连接杆的上端在半封闭空间内与力敏感器的下端连接，下端穿过载荷壳体的上壳体与气浮球轴承的球转动连接形成固定端，气浮球轴承的球窝与载荷壳体连接形成移动端，配重块、载荷和供气气瓶设置在载荷壳体内，其中，

供气气瓶，用于为气浮球轴承提供气体；

配重块，用于将模拟系统的质心配置在气浮球轴承的球心处，消除重力矩影响；

气浮球轴承倒置使用，用于实现气浮球轴承偏航方向的连续转动，俯仰和滚转方向不小于60度运动。