[发明专利]哑铃形气浮滑轮纵向重力补偿装置

说明书

哑铃形气浮滑轮纵向重力补偿装置，涉及飞行器地面零重力模拟领域。解决了现有技术中由于采用传统圆柱形气浮滑轮结构原因，导致零重力模拟装置承载能力差的问题。本发明中每个哑铃形气浮滑轮机构包括哑铃形气浮滑轮和挂绳，且挂绳挂设在哑铃形气浮滑轮上，挂绳的一端与配重框的下部固定连接，挂绳的另一端与随动框的下部固定连接；N个哑铃形气浮滑轮沿周向均匀布设在支撑基座的顶端面上；哑铃形气浮滑轮通过气浮润滑的方式实现气浮滑轮近似无摩擦的转动，通过调节配重的重量实现气浮滑轮两端的配重端和随动端达到平衡，进而实现随动端的重力补偿。本发明主要用于空间机构对接、抓捕等动力学方面的地面模拟。

技术领域

本发明涉及飞行器地面零重力模拟领域。

背景技术

航天器研制周期长、成本昂贵、难以在轨维护，如何通过有效的地面测试最大程度地揭示各种扰动因素的影响、验证技术方案是提高航天器运行可靠性的关键手段。航天器天地一致性是回答航天器地面测试有效性的关键和开展航天器地面测试的理论基础，而高精度的自由边界模拟是实现大尺度多柔体航天器天地一致性的关键手段，是完成力学特性测试、姿态及轨道控制系统性能评估和在轨操控关键技术验证等任务所面临的基础和关键问题。高精度的自由边界模拟当中，竖直方向的高精度重力补偿一直以来是难点问题，其要求在补偿重力的同时还具有一定范围的竖向运动自由度，这对动力学和运动学的模拟都提出了很高的要求。

目前，国内外在竖直方向零重力模拟方面采用的手段有悬吊法、落塔法、恒力气缸等。其中，悬吊法采用的主动控制方案响应频率低，落塔法的仿真时间过短，恒力气缸则由于气体的高度压缩性，无法满足高精度的需求。气浮方法由于气体润滑近似于无摩擦，在航天器地面模拟领域有着天然的优势。气浮滑轮是采用气浮原理，实现近似于无摩擦的定滑轮功能，但传统圆柱形气浮滑轮由于其结构原因，承载能力差，在航天器地面零重力模拟方面应用有限。因此，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术中由于采用传统圆柱形气浮滑轮结构原因，导致零重力模拟装置承载能力差的问题，本发明提供了一种哑铃形气浮滑轮纵向重力补偿装置。

哑铃形气浮滑轮纵向重力补偿装置，包括N个哑铃形气浮滑轮机构、配重框、随动框、支撑基座、气足；N为大于或等于2的整数；

随动框上部用于固定载荷；

每个哑铃形气浮滑轮机构包括哑铃形气浮滑轮和挂绳，且挂绳挂设在哑铃形气浮滑轮上，挂绳的一端与配重框的下部固定连接，挂绳的另一端与随动框的下部固定连接；

每个哑铃形气浮滑轮机构中的哑铃形气浮滑轮通过气浮润滑的方式实现转动；

N个哑铃形气浮滑轮沿周向均匀布设在支撑基座的顶端面上；

气足固定在支撑基座的底端面上；

配重框和随动框共轴，且配重框套在随动框外侧，二者间存在间隙；

配重框和随动框均可相对于支撑基座的顶端面上、下移动，且配重框和随动框的运动方向相反。

优选的是，每个哑铃形气浮滑轮包括两个气浮球、连接轴和两个气浮球窝，

两个气浮球固定在连接轴的两端，两个气浮球窝均固定在支撑基座的顶端面上，且两个气浮球窝分别与两个气浮球气浮连接。

优选的是，气浮球窝采用多孔制材料制成。

优选的是，配重框和随动框分别位于哑铃形气浮滑轮的两侧。

优选的是，配重框的重力等于随动框和载荷的重力之和。

优选的是，配重框包括1号上框体、1号下框体和1号气浮导向装置；

1号气浮导向装置包括1号气浮导杆和1号气浮轴承，1号气浮轴承套设在1号气浮导杆上，且二者气浮连接，1号气浮轴承可相对于1号气浮导杆上、下移动；