[发明专利]基于球面气浮轴承的航天器质量特性综合测试台

摘要

本发明公开了一种基于球面气浮轴承的航天器质量特性综合测试台，该测试台由球面气浮轴承、扭摆驱动装置、扭杆弹簧、力矩平衡装置、钳位锁紧装置、圆柱气浮轴承等装置组成。通过力矩平衡的方法测量航天器的质心位置，通过气浮扭摆法测量航天器的转动惯量。该设备可以同时测量航天器的横向质心和纵轴转动惯量，而且测量精度比现有设备提高一倍。

主权项

一种基于球面气浮轴承的航天器质量特性综合测试台，由机械系统和测量系统两部分组成，机械系统主要包括工作台、球面气浮轴承、扭杆弹簧、扭摆驱动装置、力臂加长杆、圆柱气浮轴承、扭摆锁紧装置、力矩平衡装置、气浮云台，所述工作台为圆形台面，与球面气浮轴承的气浮球上部通过阶梯状连接板连接起来并提供与测试工装连接的接口以承担测试载荷，扭杆弹簧上端与工作台下方的阶梯状连接板底部连接，而下端与扭摆锁紧装置连接，其中，质心测量时，扭杆弹簧与扭摆锁紧装置脱开，使球面气浮轴承处于自由状态；转动惯量测量时，扭杆弹簧与扭摆锁紧装置锁紧，使球面气浮轴承与地基连接，通过测量扭杆弹簧在无阻尼环境下的扭摆周期得出被测试件的转动惯量；所述扭摆驱动装置由驱动气缸和电磁换向阀组成，在转动惯量测量开始前，驱动气缸伸出，驱动扭杆弹簧使其产生微小转角，通过电磁换向阀改变气体流向，驱动气缸迅速缩回以使扭杆弹簧在无阻尼环境下自由扭摆；所述力臂加长杆为空心钢管，将扭杆弹簧套入其中，力臂加长杆上端与球面气浮轴承连接，下端受到圆柱气浮轴承的约束，在测量转动惯量时，通过圆柱气浮轴承的向心作用使工作台面保持水平；圆柱气浮轴承与力臂加长杆下端相连，起定心作用，同时与力矩平衡装置连接，用于进行质心测量；所述力矩平衡装置依次由连杆、杠杆放大器、力平衡传感器连接 组成，当航天器某一方向的质心偏心使台面绕球面气浮轴承的球心产生翻转趋势时，偏心造成的倾覆力矩传递到圆柱气浮轴承，使圆柱气浮轴承对连杆产生水平推力，经杠杆放大器转换成对力平衡传感器的垂直压力，力平衡传感器自身生成反作用力平衡垂直压力，从而使台面自动回复水平；所述气浮云台用于承托圆柱气浮轴承，气浮云台共分两层，每层均装有直线气浮导轨，使其沿直线方向移动，且两层间移动方向相互正交；所述测量系统包括质心测量分系统和转动惯量测量分系统，质心测量分系统由圆盘编码器、力平衡横传感器、测试仪和显示存储设备组成，测试时将扭摆锁紧装置解锁，根据圆盘编码器的输出控制驱动电机驱动工作台旋转至指定角度，测试仪采集力平衡传感器测量数据并进行数据处理，得出质心数据，转动惯量测量分系统由霍尔传感器、时间计数器、测试仪组成。测试时将扭杆弹簧与扭摆锁紧装置锁紧，控制扭摆驱动装置使测试台扭摆，每完成一个扭摆周期霍尔传感器输出一个信号，计数器测量霍尔传感器每次输出信号的时间间隔，经数据处理，得出转动惯量数据。